【6.2.5】空腔填充疏水取代 cavity-filling hydrophobic substitutions

1. 为了探测蛋白质疏水核心的性质并测试增加蛋白质热稳定性的潜在方法，尝试通过工程化氨基酸置换来改善 T4 噬菌体溶菌酶内的堆积。构建了两个突变，Leu-133—-Phe 和 Ala-129—-Val，它们被设计用来填充天然蛋白质折叠结构中存在的最大空腔。
2. 突变蛋白具有正常活性，其热稳定性略低于野生型溶菌酶。
3. 突变蛋白的晶体结构分析表明，引入的氨基酸在三维结构几乎没有扰动的情况下被容纳。预计在蛋白质核心内掺入更大的疏水残基会增加疏水稳定性，但这被认为会被引入应变（strain）所抵消。突变体结构的检查表明，在每种情况下，引入的氨基酸侧链都被迫采用非最佳的二面角 X1。在键角变形和不利的范德华接触中也观察到应变（strain）。
4. 结果说明了观察到的蛋白质核心结构如何代表疏水效应之间的折衷，这将趋于最大化核心堆积密度，以及消除所有堆积缺陷将产生的应变能。
5. 结果还表明，旨在通过填充现有空腔来增加蛋白质稳定性的突变在某些情况下可能是有效的，但不太可能提供一种增加蛋白质稳定性的通用方法。

检查（18）构成每个腔壁的疏水性残基以确定腔的大小是否可以通过适当的氨基酸取代而减小。 采用以下标准：

1. 取代应该用较大的取代较小的疏水侧链。
2. 引入的侧链不应与周围原子的接触小于 3.2 A，这些原子被认为是固定的。
3. 引入侧链的二面角应接近在确定的蛋白质结构中观察到的值。
4. 被取代的残基的溶剂可及性应为零。 包括最后一个标准是因为我们有兴趣探索蛋白质核心内的疏水性堆积，并希望确保被替换的残基被完全掩埋。

虽然空腔填充疏水参加取代了，但稳定性并没有得到提高

参考资料

• Hydrophobic packing in T4 lysozyme probed by cavity-filling mutants. https://www.pnas.org/content/pnas/86/21/8237.full.pdf