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Describing Complex Structure-Function Relationships in Biomolecules at Equilibrium.
Journal of Molecular Biology ( IF 4.7 ) Pub Date : 2020-01-12 , DOI: 10.1016/j.jmb.2019.12.039 Malin J Allert 1 , Homme W Hellinga 1
Journal of Molecular Biology ( IF 4.7 ) Pub Date : 2020-01-12 , DOI: 10.1016/j.jmb.2019.12.039 Malin J Allert 1 , Homme W Hellinga 1
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One of the great ambitions of structural biology is to describe structure-function relationships quantitatively. Statistical thermodynamics is a powerful, general tool for computing the behavior of biological macromolecules at equilibrium because it establishes a direct link between structure and function. Complex behavior emerges as equilibria of multiple reactions are coupled. Analytical treatment of linked equilibria scales poorly with increasing numbers of reactions and states as the algebraic constructs rapidly become unwieldy. We therefore developed a generalizable, but straightforward computational method to handle arbitrarily complex systems. To demonstrate this approach, we collected a multidimensional fluorescence landscape of an engineered fluorescent glucose biosensor and showed that its features could be modeled with ten intricately linked ligand-binding and conformational exchange reactions. This protein represents a minimalist model of sufficient complexity to encompass fundamental biomolecular structure-function relationships: two-state and multistate conformational ensembles, conformational hierarchies, osmolytes, coupling between different binding sites and coupling between ligand binding and conformational change. The successful fit of this complex, multifaceted system demonstrates generality of the method.
中文翻译：
描述生物分子在平衡时的复杂结构-功能关系。
结构生物学的远大抱负之一是定量描述结构-功能关系。统计热力学是计算生物大分子在平衡状态下行为的强大而通用的工具，因为它在结构和功能之间建立了直接联系。随着多个反应的平衡耦合，出现了复杂的行为。随着代数结构的快速变笨，随着联系和平衡态的分析处理规模变差，反应和状态的数量也越来越多。因此，我们开发了一种通用但简单的计算方法来处理任意复杂的系统。为了演示这种方法，我们收集了工程荧光葡萄糖生物传感器的多维荧光图谱，并显示可以用十个错综复杂的配体结合和构象交换反应来模拟其特征。该蛋白代表具有足够复杂性的极简主义模型，以涵盖基本的生物分子结构-功能关系：两种状态和多态构象集合，构象层次结构，渗透压，不同结合位点之间的偶联以及配体结合与构象变化之间的偶联。这种复杂，多方面的系统的成功拟合证明了该方法的普遍性。两态和多态构象集合，构象层次，渗透物，不同结合位点之间的偶联以及配体结合与构象变化之间的偶联。这种复杂，多方面的系统的成功拟合证明了该方法的普遍性。两态和多态构象合体，构象层次，渗透体，不同结合位点之间的偶联以及配体结合与构象变化之间的偶联。这种复杂，多方面的系统的成功拟合证明了该方法的普遍性。
更新日期：2020-01-13
中文翻译：
描述生物分子在平衡时的复杂结构-功能关系。
结构生物学的远大抱负之一是定量描述结构-功能关系。统计热力学是计算生物大分子在平衡状态下行为的强大而通用的工具，因为它在结构和功能之间建立了直接联系。随着多个反应的平衡耦合，出现了复杂的行为。随着代数结构的快速变笨，随着联系和平衡态的分析处理规模变差，反应和状态的数量也越来越多。因此，我们开发了一种通用但简单的计算方法来处理任意复杂的系统。为了演示这种方法，我们收集了工程荧光葡萄糖生物传感器的多维荧光图谱，并显示可以用十个错综复杂的配体结合和构象交换反应来模拟其特征。该蛋白代表具有足够复杂性的极简主义模型，以涵盖基本的生物分子结构-功能关系：两种状态和多态构象集合，构象层次结构，渗透压，不同结合位点之间的偶联以及配体结合与构象变化之间的偶联。这种复杂，多方面的系统的成功拟合证明了该方法的普遍性。两态和多态构象集合，构象层次，渗透物，不同结合位点之间的偶联以及配体结合与构象变化之间的偶联。这种复杂，多方面的系统的成功拟合证明了该方法的普遍性。两态和多态构象合体，构象层次，渗透体，不同结合位点之间的偶联以及配体结合与构象变化之间的偶联。这种复杂，多方面的系统的成功拟合证明了该方法的普遍性。
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