Close-range electrostatic interactions in proteins

Twee soorten niet-covalente bindingsinteracties zijn aanwezig in eiwitstructuren, specifieke en niet-specifieke. Niet-specifieke interacties zijn meestal hydrofoob en van der Waals. Specifieke interacties zijn grotendeels elektrostatisch. Terwijl het hydrofobe effect de belangrijkste drijvende kracht is in eiwitvouwing, zijn elektrostatische interacties belangrijk in eiwitvouwing, stabiliteit, flexibiliteit, en functie. Hier bespreken we de rol van dicht bij elkaar gelegen elektrostatische interacties (zoutbruggen) en hun netwerken in eiwitten. Zoutbruggen worden gevormd door ruimtelijk proximale paren van tegengesteld geladen residuen in natieve eiwitstructuren. Vaak liggen de zoutbruggen ook dicht bij elkaar in de eiwitsequentie en vallen ze in hetzelfde secundaire structuurelement, bouwsteen, autonome vouwingseenheid, domein, of subunit, consistent met het hiërarchische model voor eiwitvouwing. Recent bewijs suggereert ook dat geladen en polaire residuen in grotendeels hydrofobe interfaces kunnen fungeren als hot spots voor binding. Zoutbruggen worden zelden gevonden over eiwitdelen die met elkaar verbonden zijn door flexibele scharnieren, een feit dat suggereert dat zoutbruggen de flexibiliteit en beweging beperken. Hoewel conventionele chemische intuïtie verwacht dat zoutbruggen gunstig bijdragen aan eiwitstabiliteit, toont recent computationeel en experimenteel bewijs aan dat zoutbruggen stabiliserend of destabiliserend kunnen zijn. Door de systemische flexibiliteit van eiwitten, die tot uiting komt in kleinschalige bewegingen van zijketens en ruggengraatatomen, fluctueren de zoutbruggen en hun stabiliteit in eiwitten. Tegelijkertijd blijkt uit genoombrede, aminozuursequentiesamenstelling, structurele en thermodynamische vergelijkingen van thermofiele en mesofiele eiwitten dat specifieke interacties, zoals zoutbruggen, een belangrijke bijdrage kunnen leveren aan het thermofiele-mesofiele stabiliteitsverschil van eiwitten.