The 3D structure of a protein is essential to understand protein dynamics. If experimentally determined structure is unavailable, comparative models could be used to infer dynamics. However, the effectiveness of comparative models, compared to experimental structures, in inferring dynamics is not clear. To address this, we compared dynamics features of ~800 comparative models with their crystal structures using normal mode analysis. Average similarity in magnitude, direction, and correlation of residue motions is >0.8 (where value 1 is identical) indicating that the dynamics of models and crystal structures are highly similar. Accuracy of 3D structure and dynamics is significantly higher for models built on multiple and/or high sequence identity templates (>40%). Three‐dimensional (3D) structure and residue fluctuations of models are closer to that of crystal structures than to templates (TM score 0.9 vs 0.7 and square inner product 0.92 vs 0.88). Furthermore, long‐range molecular dynamics simulations on comparative models of RNase 1 and Angiogenin showed significant differences in the conformational sampling of conserved active‐site residues that characterize differences in their activity levels. Similar analyses on two EGFR kinase variant models highlight the effect of mutations on the functional state‐specific αC helix motions and these results corroborate with the previous experimental observations. Thus, our study adds confidence to the use of comparative models in understanding protein dynamics.

中文翻译：

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比较模型对蛋白质动力学的理解有多好？

蛋白质的3D结构对于理解蛋白质动力学至关重要。如果实验确定的结构不可用，则可以使用比较模型来推断动力学。但是，与实验结构相比，比较模型在推断动力学方面的有效性尚不清楚。为了解决这个问题，我们使用正常模式分析将〜800个比较模型的动力学特征与其晶体结构进行了比较。残留运动的大小，方向和相关性的平均相似度> 0.8（其中值1相同），表明模型和晶体结构的动力学高度相似。对于基于多个和/或高序列同一性模板（> 40％）的模型，3D结构和动力学的准确性明显更高。模型的三维（3D）结构和残余物波动比模板更接近晶体结构（TM得分0.9 vs 0.7和方形内积0.92 vs 0.88）。此外，在RNase 1和血管生成素的比较模型上进行的长期分子动力学模拟显示，在保守的活性位点残基的构象采样中存在显着差异，这些差异表征了其活性水平的差异。对两个EGFR激酶变体模型的类似分析突出了突变对功能状态特定的αC螺旋运动的影响，这些结果与以前的实验观察结果相符。因此，我们的研究为使用比较模型理解蛋白质动力学增加了信心。此外，在RNase 1和血管生成素的比较模型上进行的长期分子动力学模拟显示，在保守的活性位点残基的构象采样中存在显着差异，这些差异表征了其活性水平的差异。对两个EGFR激酶变体模型的类似分析突出了突变对功能状态特定的αC螺旋运动的影响，这些结果与以前的实验观察结果相符。因此，我们的研究为使用比较模型理解蛋白质动力学增加了信心。此外，在RNase 1和血管生成素的比较模型上进行的长期分子动力学模拟显示，在保守的活性位点残基的构象采样中存在显着差异，这些差异表征了它们的活性水平。对两个EGFR激酶变体模型的类似分析突出了突变对功能状态特定的αC螺旋运动的影响，这些结果与以前的实验观察结果相符。因此，我们的研究为使用比较模型理解蛋白质动力学增加了信心。对两个EGFR激酶变体模型的类似分析突出了突变对功能状态特定的αC螺旋运动的影响，这些结果与以前的实验观察结果相符。因此，我们的研究为使用比较模型理解蛋白质动力学增加了信心。对两种EGFR激酶变体模型的类似分析突出了突变对功能状态特定的αC螺旋运动的影响，这些结果与以前的实验结果相符。因此，我们的研究为使用比较模型理解蛋白质动力学增加了信心。