Ion Specific Hofmeister Effects on Peptides and Proteins

Abstract

Title: Ion Specific Hofmeister Effects on Peptides and Proteins Author: Ing. Jana Hladílková Department: Physical and Macromolecular Chemistry Advisor: Prof. Pavel Jungwirth, DSc., IOCB AS CR Advisor's email address: pavel.jungwirth@uochb.cas.cz Abstract: Classical molecular dynamics simulations in combination with advanced methods of analysis were used to shed light on missing parts of our molecular understanding of the Hofmeister series. In tandem with various experimental techniques, real proteins as well as model systems were investigated in aqueous salt solutions in order to identify and quantify ion-protein interactions either leading or not leading to the canonical cationic and anionic Hofmeister ordering. The potassium cation was found to significantly enhance the BHMT enzymatic activity in contrast to the rest of the common monovalent cations. In the quest to rationalize this behavior, a key potassium binding site in the vicinity of the active site was discovered and described. Moreover, the exceptionally strong effect of K+ on the enzymatic activity was explained by hydration properties of the cations within the limited space of the active site in interplay with their attraction to the nearby negatively charged residues. By contrast, only a small and indirect influence, which follows the cationic...

Název práce: Iontově specifické hofmeisterovské efekty na peptidy a proteiny Autor: Ing. Jana Hladílková Katedra: Fyzikální a makromolekulární chemie Vedoucí doktorské práce: Prof. Pavel Jungwirth, DSc., ÚOCHB AV ČR E-mail vedoucího: pavel.jungwirth@uochb.cas.cz Abstrakt: V této dizertaci byla použita klasická molekulová dynamika s pokročilými metodami analýzy dat pro doplnění a zároveň objasnění jevů týkající se Hofmeisterovy řady iontů. V kombinaci se širokým spekterem experimentálních metod byly studovány jak reálné proteiny, tak i modelové systémy v roztocích hofmeisterovských solí. Cílem práce bylo identifikovat a kvantifikovat specifické interakce iontů s peptidy a proteiny, které způsobují výsledné hofmeistrovské řazení kationtů a aniontů, či které toto pravidlo porušují. Příkladem nehofmeisterovského chování je zrychlení enyzmatické reakce BHMT transferázy pomocí draselných iontů, zatímco ostatní běžné monovalentní kationty nemají tento efekt. Molekulové simulace nám umožnily určit a detailně popsat vazebné místo poblíž aktivního místa enzymu, které bylo později krystalograficky potvrzeno. Specificita pro draselný kation byla vysvětlena na základě hydratačních vlastností jednotlivých kationtů a interakcí se záporně nabitými rezidui aktivního místa. Naproti tomu pouze malý efekt monovalentních...