Quaternary-Linked Changes in Structure and Dynamics That Modulate O<sub>2</sub> Migration within Hemoglobin’s Gas Diffusion Tunnels
Notice bibliographique
Résumé
Atomistic molecular dynamics simulations of diffusion of O2 from the hemes to the external solvent in the α- and β-subunits of the human hemoglobin (HbA) tetramer reveal transient gas tunnels that are not seen in crystal structures. We find here that the tunnel topology, which encompasses the reported experimental Xe binding cavities, is identical in HbA's T, R, and R2 quaternary states. However, the O2 population in the cavities and the preferred O2 escape portals vary significantly with quaternary structure. For example, most O2 molecules escape from the T β-subunit via the cavity at the center of the tetramer, but direct exit from the distal heme pocket dominates in the R2 β-subunit. To understand what triggers the quaternary-linked redistribution of O2 within its tunnels, we examined how the simulated tertiary structure and dynamics of each subunit differs among T, R, and R2 and report that minor adjustments in α-chain dynamics and β-heme position modulate O2 distribution and escape in HbA. Coupled to the β-heme position, residue βF71 undergoes quaternary-linked conformations that strongly regulate O2 migration between the β-subunit and HbA's central cavity. Remarkably, the distal histidine (HisE7) remains in a closed conformation near the α- and β-hemes in all states, but this does not prevent an average of 23, 31, and 46% of O2 escapes from the distal heme pockets of T, R, and R2, respectively, via several distal portals, with the balance of escapes occurring via the interior tunnels. Furthermore, preventing or restricting the access of O2 to selected cavities by mutating HisE7 and other heme pocket residues to tryptophan reveals how O2 migration adjusts to the bulky indole ring and sheds light on the experimental ligand binding kinetics of these variants. Overall, our simulations underscore the high gas porosity of HbA in its T, R, and R2 quaternary states and provide new mechanistic insights into why undergoing transitions among these states likely ensures effective O2 delivery by this tetrameric protein.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».