Choline Chloride as a Nano‐Crowder Protects HP‐36 from Urea‐Induced Denaturation: Insights from Solvent Dynamics and Protein‐Solvent Interactions

化学 氯化胆碱 深共晶溶剂 尿素 分子动力学 变性(裂变材料) 溶剂 溶剂化 溶剂化壳 氢键 回转半径 结晶学 蛋白质动力学 分子 计算化学 有机化学 共晶体系 核化学 微观结构 聚合物
作者
Atanu Maity,Soham Sarkar,Ligesh Theeyancheri,Rajarshi Chakrabarti
出处
期刊:ChemPhysChem [Wiley]
卷期号:21 (6): 552-567 被引量:37
标识
DOI:10.1002/cphc.201901078
摘要

Abstract Urea at sufficiently high concentration unfolds the secondary structure of proteins leading to denaturation. In contrast, choline chloride (ChCl) and urea, in 1 : 2 molar ratio, form a deep eutectic mixture, a liquid at room temperature, protecting proteins from denaturation. In order to get a microscopic picture of this phenomenon, we perform extensive all‐atom molecular dynamics simulations on a model protein, HP‐36. Based on our calculation of Kirkwood‐Buff integrals, we analyze the relative accumulation of urea and ChCl around the protein. Additional insights are drawn from the translational and rotational dynamics of solvent molecules and hydrogen bond auto‐correlation functions. In the presence of urea, water shows slow subdiffusive dynamics around the protein owing to a strong interaction of water with the backbone atoms. Urea also shows subdiffusive motion. The addition of ChCl further slows down the dynamics of urea, restricting its accumulation around the protein backbone. Adding to this, choline cations in the first solvation shell of the protein show the strongest subdiffusive behavior. In other words, ChCl acts as a nano‐crowder by excluding urea from the protein backbone and thereby slowing down the dynamics of water around the protein. This prevents the protein from denaturation and makes it structurally rigid, which is supported by the smaller radius of gyration and root mean square deviation values of HP‐36.
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