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Molecular Determinants and Bottlenecks in the Dissociation Dynamics of Biotin–Streptavidin
The Journal of Physical Chemistry B ( IF 2.8 ) Pub Date : 2017-11-21 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.jpcb.7b09510 Pratyush Tiwary 1
The Journal of Physical Chemistry B ( IF 2.8 ) Pub Date : 2017-11-21 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.jpcb.7b09510 Pratyush Tiwary 1
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Biotin–streptavidin is a very popular system used to gain insight into protein–ligand interactions. In its tetrameric form, it is well-known for its exceptionally high kinetic stability, being one of the strongest known noncovalent interactions in nature, and it is heavily used across the biotechnological industry. In this work, we gain understanding of the molecular determinants and bottlenecks in the dissociation of the dimeric biotin–streptavidin system in wild type and with a point mutation. Using recently proposed enhanced sampling methods with full atomistic resolution, we reproduce the experimentally reported effect of the mutation on the dissociation rate. We also answer a longstanding question regarding cause/effect in the coupled events of bond stretching and bond hydration during dissociation and establish that in this system, it is the bond stretching and not hydration which forms the bottleneck in the early parts of the dissociation process. We believe these calculations represent a step forward in the use of atomistic simulations to study pharmacokinetics. An improved understanding of biotin–streptavidin dissociation dynamics should also have direct benefits in biotechnological and nanobiotechnological applications.
中文翻译：
生物素-链霉亲和素解离动力学的分子决定因素和瓶颈
生物素-链霉亲和素是一种非常流行的系统，用于深入了解蛋白质-配体之间的相互作用。以其四聚体形式，它以其异常高的动力学稳定性而闻名，是自然界中最强的已知非共价相互作用之一，并且在整个生物技术工业中得到广泛使用。在这项工作中，我们了解了野生型且具有点突变的二聚体生物素-链霉亲和素系统解离时的分子决定因素和瓶颈。使用最近提出的具有完整原子分辨率的增强采样方法，我们再现了突变对解离速率的实验报道。我们还回答了一个长期的问题，即在解离过程中键拉伸和键水合作用的偶发事件中的因果关系，并建立了这个系统，在解离过程的早期，形成结合的瓶颈是键的拉伸而不是水合作用。我们相信这些计算代表了在使用原子模拟研究药代动力学方面的进步。对生物素-链霉亲和素解离动力学的进一步了解也应该在生物技术和纳米生物技术应用中具有直接的好处。
更新日期：2017-11-22
中文翻译：
生物素-链霉亲和素解离动力学的分子决定因素和瓶颈
生物素-链霉亲和素是一种非常流行的系统，用于深入了解蛋白质-配体之间的相互作用。以其四聚体形式，它以其异常高的动力学稳定性而闻名，是自然界中最强的已知非共价相互作用之一，并且在整个生物技术工业中得到广泛使用。在这项工作中，我们了解了野生型且具有点突变的二聚体生物素-链霉亲和素系统解离时的分子决定因素和瓶颈。使用最近提出的具有完整原子分辨率的增强采样方法，我们再现了突变对解离速率的实验报道。我们还回答了一个长期的问题，即在解离过程中键拉伸和键水合作用的偶发事件中的因果关系，并建立了这个系统，在解离过程的早期，形成结合的瓶颈是键的拉伸而不是水合作用。我们相信这些计算代表了在使用原子模拟研究药代动力学方面的进步。对生物素-链霉亲和素解离动力学的进一步了解也应该在生物技术和纳米生物技术应用中具有直接的好处。
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