Phi 값 분석

Phi 값 분석, $\varphi {\displaystyle }$ ${\displaystyle \pi }$ 분석$$ 또는 $\varphi {\displaystyle }$ ${\displaystyle \pi }$ -값$$ 분석은 2-상태로 접히는 작은 단백질 영역의 접힘 전환 상태 구조를 연구하기 위한 실험 단백질 공학적 기법이다. 접이식 전환 상태의 구조는 접이식 전환 상태가 이동성이 있고 정의상 부분적으로는 비정형이기 때문에 단백질 NMR이나 X선 결정학 등의 방법을 사용하여 찾기 어렵다. $\varphi {\displaystyle }$ ${\displaystyle \phi }$ -값$$ 분석에서 야생형 단백질의 접힘 운동학 및 정합성 접힘 안정성을 포인트 돌연변이의 그것과 비교하여 phi 값을 찾는다. 이들은 개폐상태에서 개폐상태의 상대적 자유에너지, 개폐상태, 개폐상태, 개폐상태의 전환상태 등을 고려하여 개폐상태에서 개폐잔류주위의 고유구조 정도를 나타내는 개폐전환상태에 대한 돌연변이 잔여물의 에너지 기여도를 측정한다.

단백질의 잔류물은 차례차례 변이되어 접힌 전이 상태에서 잘 정돈된 잔류 군집을 식별한다. 이러한 잔류물의 상호작용은 단일 사이트 돌연변이 효과를 이중 돌연변이 효과와 비교하는 이중 뮤탄트 $사이클{\displaystyle }$ cycle ${\displaystyle \phi }$ 분석을 통해 확인할 수 있다. 대부분의 돌연변이는 보수적이며 원래 잔여물을 알라닌과 같은 작은 것(캐비티 생성 돌연변이)으로 대체하지만, 티로신-페닐알라닌, 이졸레우신-발레인, 트레오닌-세린-세린 돌연변이도 사용할 수 있다. Chymotrypsin 억제제, SH3 도메인, 단백질 L과 G의 개별 영역, 유비퀴틴, 바나제 등은 모두 $\varphi$ ${\displaystyle \phi}$ 분석에 의해 연구되었다.

수학적 접근법

Phi는 다음과 같이 정의된다.^[1]

${\$$W$$TS\rightarrow D}}$ is the difference in energy between the wild-type protein's transition and denatured state, ${\displaystyle \Delta G_{M}^{TS\rightarrow D}}$ is the same energy difference but for the mutant protein, and the ${\displaystyle \Delta G^{N\rightarrow D}}$ bits are the differences in energy는 원시 상태와 변성 상태 사이에 있다. phi 값은 이 돌연변이가 얼마나 전환 상태 대 접힌 상태를 불안정하게 만드는 것으로 해석된다.

$\varphi {\displaystyle }$ ${\displaystyle \phi }$이(가) 0부터 1까지의 범위를 의미할 수 있지만$$ 음수 값이 나타날 수 있다.^[2] 값이 0이면 돌연변이가 접히는 경로의 속도 제한 전환 상태의 구조에 영향을 주지 않는다는 것을 의미하며, 1 값은 돌연변이가 접힌 상태만큼 전환 상태를 불안정하게 한다는 것을 의미하며, 0에 가까운 값은 변이 주변 영역이 전환 상태에서 상대적으로 펼쳐지거나 구조화되지 않았다는 것을 의미한다. 1에 가까운 값은 돌연변이 발생지 근처의 전이 상태의 국부 구조가 원주민 주의 국부 구조와 유사하다는 것을 암시한다. 단백질 표면에 대한 보수적인 대체는 종종 phi 값을 1에 가깝게 준다. $\varphi {\displaystyle }$ ${\displaystyle \pi }$이(가) 0과 1 사이일 때는 어느 경우에 해당하는지 알려주지 않아 정보 제공이 덜 된다.

1. 전환 상태 자체는 부분적으로 구조화되어 있다.
2. 거의 동일한 수의 단백질 집단은 두 가지 있는데, 한 종류는 대부분 접히지 않은 것이고 다른 종류는 접힌 것이 대부분이다.

주요 가정

1. Phi 값 분석은 에너지와 화학적 구조가 상관관계가 있다는 Hammond의 추정치를 가정한다. 접히는 중간 상태 구조와 고유 상태의 구조 사이의 관계는 에너지 지형이 잘 정의되고 심층적인 전지구적 최소값을 가질 때 에너지 사이의 상관관계를 나타낼 수 있지만, 에너지 지형이 평평하거나 국부적 미니마가 많을 때 자유 에너지 불안정은 유용한 구조 정보를 제공하지 못할 수 있다.
2. Phi 값 분석은 접히는 에너지가 크게 변화하지는 않지만 접히는 경로가 크게 변경되지 않았다고 가정한다. 비보수적인 돌연변이가 이를 견디지 못할 수 있기 때문에, 비록 탐지하기 어려운 보다 작은 에너지 불안정을 줄 수는 있지만, 보수적인 대체물이 선호된다.
3. $\varphi {\displaystyle }$ ${\displaystyle \phi }$을(를) 0보다 큰 숫자로 제한하는$$ 것은 돌연변이가 안정성을 증가시키고 원주민도 과도상태도 아닌 에너지를 낮춘다고 가정하는 것과 같다. 일부 단백질 접힘 연구에서는 전환 상태에서 비원성 교호작용을 안정화하면 접기가 용이하다는 사실이 밝혀졌지만, 접힘 전환 상태를 안정화하는 교호작용이 고유 구조의 교호작용과 같다고 가정하는 것은 동일 선에 있다.^[3]

예제: 바나제

Alan Fersht는 작은 박테리아 단백질 바나아제에 대한 연구에서 phi 가치 분석을 개척했다.^[4][5] 그는 분자역학 시뮬레이션을 통해 접기와 펼침 사이의 전환 상태가 토착 상태처럼 보이며 반응 방향과 상관없이 동일하다는 것을 알아냈다. Phi는 변이 위치에 따라 변이 위치를 변화시켰는데, 어떤 지역은 0에 가까운 값을 주고 다른 지역은 1에 가까운 값을 주었기 때문이다. 단백질 시퀀스 전체에 걸친 $\varphi {\displaystyle }$ ${\displaystyle \phi }$ 값의$$ 분포는 모든 시뮬레이션된 전환 상태와 일치했지만, 한 나선은 반 독립적으로 접혀지고 전환 상태가 완전히 형성된 후에만 나머지 단백질과 토종과 같은 접촉을 했다. 한 단백질의 접이율의 이러한 변동은 변환 상태 구조를 그렇지 않으면 계산적으로 비용이 많이 드는 접이식 접이식 시뮬레이션과 비교해야 하기 때문에 $\varphi {\displaystyle }$ ${\displaystyle \phi }$ 값을$$ 해석하기 어렵게 한다.

변형

접이식 전환 상태를 연구하기 위한 다른 '유동적 섭동' 기법이 최근 등장했다. 가장 잘 알려진 값은 psi(${\displaystyle }$,$$is^[6][7] {\$displaystyle \psi }$) 값으로 히스티딘과 같은 두 개의 금속 결합 아미노산 잔류물을 단백질로 공학적화한 다음 금속 이온 농도의 함수로 접히는 운동학을 기록함으로써 발견된다.^[8][9] 이황화물 결합과 같은 공밸런스 크로스링크가 도입됨에 따라 접히는 전환 상태에서 세그먼트 연관성을 연구하기 위해 $\varphi {\displaystyle }$ ${\디스플레이스타일 \phi }$ -value의$$ '크로스링크링' 변형이 사용되었다.^[10]

제한 사항

평형 안정성과 수용성(un)폴딩 속도 측정의 오류는 변성제를 함유한 용액에 대한$$ $\varphi {\displaystyle }$ ${\displaystyle \phi }$의 값을 거의 순수하거나 고유 단백질과 돌연변이 단백질 간의 안정성 차이가 '낮음' 또는 7 kJ/mol 미만인 수용액으로 추정해야 할 때 클 수 있다. 이로 인해 $\varphi {\displaystyle }$ ${\displaystyle \pi }$이(가) 제로원 범위를 벗어날 수 있다.^[11] 계산된 값 $\varphi {\displaystyle }$ ${\displaystyle \phi }$은(는) 사용 가능한 데이터 포인트 수와 실험실 조건에 따라 크게 달라진다$$.^[12]

참고 항목

• 쉐브론 플롯
• 변성 중간점
• 평형 전개

참조