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Enregistrement W1974075455 · doi:10.1002/prot.10414

Atoms‐in‐molecules study of the genetically encoded amino acids. III. Bond and atomic properties and their correlations with experiment including mutation‐induced changes in protein stability and genetic coding

2003· article· en· W1974075455 sur OpenAlexaff
Chérif F. Matta, Richard F. W. Bader

Notice bibliographique

RevueProteins Structure Function and Bioinformatics · 2003
Typearticle
Langueen
DomaineBiochemistry, Genetics and Molecular Biology
ThématiqueDNA and Nucleic Acid Chemistry
Établissements canadiensMcMaster UniversityUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésChemistryvan der Waals forceSide chainMoleculeComputational chemistryAtoms in moleculesCharge (physics)Chemical physicsThermodynamicsPhysicsQuantum mechanicsPolymerOrganic chemistry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

This article presents a study of the molecular charge distributions of the genetically encoded amino acids (AA), one that builds on the previous determination of their equilibrium geometries and the demonstrated transferability of their common geometrical parameters. The properties of the charge distributions are characterized and given quantitative expression in terms of the bond and atomic properties determined within the quantum theory of atoms-in-molecules (QTAIM) that defines atoms and bonds in terms of the observable charge density. The properties so defined are demonstrated to be remarkably transferable, a reflection of the underlying transferability of the charge distributions of the main chain and other groups common to the AA. The use of the atomic properties in obtaining an understanding of the biological functions of the AA, whether free or bound in a polypeptide, is demonstrated by the excellent statistical correlations they yield with experimental physicochemical properties. A property of the AA side chains of particular importance is the charge separation index (CSI), a quantity previously defined as the sum of the magnitudes of the atomic charges and which measures the degree of separation of positive and negative charges in the side chain of interest. The CSI values provide a correlation with the measured free energies of transfer of capped side chain analogues, from the vapor phase to aqueous solution, yielding a linear regression equation with r2 = 0.94. The atomic volume is defined by the van der Waals isodensity surface and it, together with the CSI, which accounts for the electrostriction of the solvent, yield a linear regression (r2 = 0.98) with the measured partial molar volumes of the AAs. The changes in free energies of transfer from octanol to water upon interchanging 153 pairs of AAs and from cyclohexane to water upon interchanging 190 pairs of AAs, were modeled using only three calculated parameters (representing electrostatic and volume contributions) yielding linear regressions with r2 values of 0.78 and 0.89, respectively. These results are a prelude to the single-site mutation-induced changes in the stabilities of two typical proteins: ubiquitin and staphylococcal nuclease. Strong quadratic correlations (r2 approximately 0.9) were obtained between DeltaCSI upon mutation and each of the two terms DeltaDeltaH and TDeltaDeltaS taken from recent and accurate differential scanning calorimetry experiments on ubiquitin. When the two terms are summed to yield DeltaDeltaG, the quadratic terms nearly cancel, and the result is a simple linear fit between DeltaDeltaG and DeltaCSI with r2 = 0.88. As another example, the change in the stability of staphylococcal nuclease upon mutation has been fitted linearly (r2 = 0.83) to the sum of a DeltaCSI term and a term representing the change in the van der Waals volume of the side chains upon mutation. The suggested correlation of the polarity of the side chain with the second letter of the AA triplet genetic codon is given concrete expression in a classification of the side chains in terms of their CSI values and their group dipole moments. For example, all amino acids with a pyrimidine base as their second letter in mRNA possess side-chain CSI < or = 2.8 (with the exception of Cys), whereas all those with CSI > 2.8 possess an purine base. The article concludes with two proposals for measuring and predicting molecular complementarity: van der Waals complementarity expressed in terms of the van der Waals isodensity surface and Lewis complementarity expressed in terms of the local charge concentrations and depletions defined by the topology of the Laplacian of the electron density. A display of the experimentally accessible Laplacian distribution for a folded protein would offer a clear picture of the operation of the "stereochemical code" proposed as the determinant in the folding process.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,001
Score d'incertitude au seuil0,003

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0000,001
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,016
Tête enseignante GPT0,208
Écart entre enseignants0,192 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations98
Publié2003
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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