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Evidence for Many Unique Solution Structures for Chymotrypsin Inhibitor 2: A Thermodynamic Perspective Derived from vT-ESI-IMS-MS Measurements
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2020-08-31 , DOI: 10.1021/jacs.0c05365 Shannon A Raab 1 , Tarick J El-Baba 1 , Daniel W Woodall 1 , Wen Liu 2 , Yang Liu 2 , Zane Baird 3 , David A Hales 4 , Arthur Laganowsky 2 , David H Russell 2 , David E Clemmer 1
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2020-08-31 , DOI: 10.1021/jacs.0c05365 Shannon A Raab 1 , Tarick J El-Baba 1 , Daniel W Woodall 1 , Wen Liu 2 , Yang Liu 2 , Zane Baird 3 , David A Hales 4 , Arthur Laganowsky 2 , David H Russell 2 , David E Clemmer 1
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Chymotrypsin inhibitor 2 (CI-2) is a classic model for two-state cooperative protein folding and is one of the most extensively studied systems. Alan Fersht, a pioneer in the field of structural biology, has studied the wild-type (wt) and over 100 mutant forms of CI-2 with traditional analytical and biochemical techniques. Here, we examine wt CI-2 and three mutant forms (A16G, K11A, L32A) to demonstrate the utility of variable-temperature (vT) electrospray ionization (ESI) paired with ion mobility spectrometry (IMS) and mass spectrometry (MS) to map the free energy folding landscape. As the solution temperature is increased, the abundance of each of the six ESI charge states for wt CI-2 and each mutant is found to vary independently. These results require that at least six unique types of CI-2 solution conformers are present. Ion mobility analysis reveals that within each charge state there are additional conformers having distinct solution temperature profiles. A model of the data at ~30 different temperatures for all four systems suggests the presence of 41 unique CI-2 solution conformations. A thermodynamic analysis of this system yields values of ΔCp as well as ΔG, ΔH, and ΔS for each state at every temperature studied. Detailed energy landscapes derived from these data provide a rare glimpse into Anfinsen's thermodynamic hypothesis and the process of thermal denaturation, normally thought of as a cooperative two-state transition involving the native state and unstructured denatured species. Specifically, as the temperature is varied, the entropies and enthalpies of different conformers undergo dramatic changes in magnitude and relative order to maintain the delicate balance associated with equilibrium.
中文翻译：
胰凝乳蛋白酶抑制剂 2 的许多独特溶液结构的证据：源自 vT-ESI-IMS-MS 测量的热力学观点
胰凝乳蛋白酶抑制剂 2 (CI-2) 是二态协同蛋白折叠的经典模型，是研究最广泛的系统之一。Alan Fersht 是结构生物学领域的先驱，他用传统的分析和生化技术研究了 CI-2 的野生型 (wt) 和 100 多种突变形式。在这里，我们检查了 wt CI-2 和三种突变形式（A16G、K11A、L32A）以证明可变温度（vT）电喷雾电离（ESI）与离子迁移谱（IMS）和质谱（MS）配对的效用绘制自由能折叠景观图。随着溶液温度升高，发现 wt CI-2 和每个突变体的六个 ESI 电荷态中的每一个的丰度独立变化。这些结果要求存在至少六种独特类型的 CI-2 溶液构象异构体。离子迁移率分析表明，在每个电荷态内都有额外的构象异构体，它们具有不同的溶液温度曲线。所有四个系统在约 30 种不同温度下的数据模型表明存在 41 种独特的 CI-2 溶液构象。该系统的热力学分析产生了所研究的每个温度下每个状态的 ΔCp 以及 ΔG、ΔH 和 ΔS 值。从这些数据中得出的详细能量景观为安芬森的热力学假设和热变性过程提供了难得的一瞥，通常被认为是一种涉及原生状态和非结构化变性物种的合作二态转变。具体来说，随着温度的变化，
更新日期：2020-08-31
中文翻译：
胰凝乳蛋白酶抑制剂 2 的许多独特溶液结构的证据：源自 vT-ESI-IMS-MS 测量的热力学观点
胰凝乳蛋白酶抑制剂 2 (CI-2) 是二态协同蛋白折叠的经典模型，是研究最广泛的系统之一。Alan Fersht 是结构生物学领域的先驱，他用传统的分析和生化技术研究了 CI-2 的野生型 (wt) 和 100 多种突变形式。在这里，我们检查了 wt CI-2 和三种突变形式（A16G、K11A、L32A）以证明可变温度（vT）电喷雾电离（ESI）与离子迁移谱（IMS）和质谱（MS）配对的效用绘制自由能折叠景观图。随着溶液温度升高，发现 wt CI-2 和每个突变体的六个 ESI 电荷态中的每一个的丰度独立变化。这些结果要求存在至少六种独特类型的 CI-2 溶液构象异构体。离子迁移率分析表明，在每个电荷态内都有额外的构象异构体，它们具有不同的溶液温度曲线。所有四个系统在约 30 种不同温度下的数据模型表明存在 41 种独特的 CI-2 溶液构象。该系统的热力学分析产生了所研究的每个温度下每个状态的 ΔCp 以及 ΔG、ΔH 和 ΔS 值。从这些数据中得出的详细能量景观为安芬森的热力学假设和热变性过程提供了难得的一瞥，通常被认为是一种涉及原生状态和非结构化变性物种的合作二态转变。具体来说，随着温度的变化，
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