生物分子凝聚体中精氨酸与赖氨酸阳离子-π相互作用的分子决定因素

摘要

由蛋白质中本征无序区域形成的生物分子凝聚体主要通过氨基酸“粘合剂”来稳定，这些“粘合剂”能够交联多肽链。虽然芳香族残基和带正电荷的残基都起到“粘合剂”的作用，但它们的相互作用机制有所不同。量化这些差异至关重要，因为它们决定了多组分混合物的命运。在这里，我们发现两种主要的带正电荷的氨基酸——精氨酸（Arg）和赖氨酸（Lys）之间存在一种稳定的层次结构，其中精氨酸比赖氨酸更有效地促进相分离。通过分子动力学模拟和量子化学计算，我们发现与芳香族残基不同，精氨酸和赖氨酸在各种分子环境中都能保持这种层次结构。尽管阳离子-π相互作用很重要，但导致这种差异的主要因素是赖氨酸更高的脱水 penalty（即脱水过程中的能量损失）。相比之下，这些阳离子更倾向于与哪种芳香族残基结合则取决于介质环境。这些结果从分子层面解释了精氨酸和赖氨酸对凝聚体稳定性的不同贡献。