Our ITC experiments directly demonstrate that assembly of hmcpn10 and Aacpn10-del25 is accompanied by:
unfavorable (i.e., endothermic) enthalpy (98 and 186 kJ/mol, respectively)
and favorable (i.e., positive) entropy (420 and 730 J/mol,K, respectively).
The overall enthalpy change may include three major terms:
1) conformational enthalpy;
2) interaction enthalpy; and
3) solvation enthalpy (23).
Conformational enthalpy is generally exothermic since formation of secondary structure is favorable; however, since the cpn10 monomers are probably folded in solution (14), this term will be negligible.
The second term is also exothermic, since it involves the formation of new noncovalent interactions such as electrostatic attraction, van der Waals interactions, and hydrogen bonds (23).
Since the overall enthalpy change is endothermic in the case of cpn10, the second term is likely compensated for by a large positive third term, which involves the release of ordered water molecules from the monomer surfaces that form the interfaces. This reaction is enthalpically unfavorable since it involves the breakage of hydrogen and ionic bonds.
The positive entropy associated with cpn10 assembly follows the classical hydrophobic effect, which is an entropy-driven process. Partitioning of a nonpolar molecule from water to a nonpolar phase is accompanied by an increase in the entropy of the system (24). Since the cpn10 interfaces are mostly hydrophobic, there may be a significant number of ordered waters released upon assembly. Thus, both the favorable entropy and the unfavorable enthalpy can be explained by a release of ordered water molecules upon heptamer assembly.
An alternative source for endothermic enthalpy and positive entropy accompanying association is the idea of structural loosening of the monomer structure (25).
This phenomenon has been shown to correspond to endothermic enthalpies and positive entropies and several biological examples have been reported (e.g., peptide-membrane interactions (25) and complex formation between metalloprotease inhibitor N-TIMP-1 and stromelysin 1 (26)).
Наши эксперименты ITC напрямую демонстрируют, что сборка hmcpn10 и Aacpn10-del25 сопровождается:
неблагоприятной (т. е. эндотермической) энтальпией (98 и 186 кДж/моль соответственно) и
благоприятной (т. е. положительной) энтропией (420 и 730 Дж/моль,К соответственно).
Общее изменение энтальпии может включать три основных члена:
1) конформационная энтальпия;
2) энтальпия взаимодействия; и
3) энтальпия сольватации (23).
Конформационная энтальпия, как правило, экзотермична, поскольку благоприятно образование вторичной структуры; однако, поскольку мономеры cpn10, вероятно, сворачиваются в растворе (14), этот член будет пренебрежимо мал. Второй член также экзотермичен, поскольку он включает образование новых нековалентных взаимодействий, таких как электростатическое притяжение, ван-дер-ваальсовы взаимодействия и водородные связи (23).
Поскольку общее изменение энтальпии является эндотермическим в случае cpn10, второй член, вероятно, компенсируется большим положительным третьим членом, который включает в себя высвобождение упорядоченных молекул воды с поверхностей мономеров, которые образуют интерфейсы.
Эта реакция энтальпически невыгодна, поскольку она включает в себя разрыв водородных и ионных связей.
Положительная энтропия, связанная со сборкой cpn10, следует классическому гидрофобному эффекту, который является процессом, управляемым энтропией.
Разделение неполярной молекулы из воды в неполярную фазу сопровождается увеличением энтропии системы (24).
Поскольку интерфейсы cpn10 в основном гидрофобны, при сборке может выделяться значительное количество упорядоченной воды. Таким образом, как благоприятная энтропия, так и неблагоприятная энтальпия могут быть объяснены высвобождением упорядоченных молекул воды при сборке гептамера.
Альтернативным источником эндотермической энтальпии и положительной энтропии, сопровождающей ассоциацию, является идея структурного ослабления структуры мономера (25). Было показано, что это явление соответствует эндотермическим энтальпиям и положительным энтропиям, и было описано несколько биологических примеров (например, пептидно-мембранные взаимодействия (25) и комплексообразование между ингибитором металлопротеазы N-TIMP-1 и стромелизином 1