Atomic Resolution Mechanism of Ligand Binding to a Solvent Inaccessible Cavity in T4 Lysozyme
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Ligand binding sites in proteins are often localized to deeply buried cavities, inaccessible to bulk solvent. Yet, in many cases binding of cognate ligands occurs rapidly. An intriguing system is presented by the L99A cavity mutant of T4 Lysozyme (L99A T4L) that rapidly binds benzene (~10 6 M −1 s −1 ). Although the protein has long served as a model system for protein thermodynamics and crystal structures of both free and benzene-bound L99A T4L are available, the kinetic pathways by which benzene reaches its solvent-inaccessible binding cavity remain elusive. The current work, using extensive molecular dynamics simulation, achieves this by capturing the complete process of spontaneous recognition of benzene by L99A T4L at atomistic resolution. A series of multi-microsecond unbiased molecular dynamics simulation trajectories unequivocally reveal how benzene, starting in bulk solvent, diffuses to the protein and spontaneously reaches the solvent inaccessible cavity of L99A T4L. The simulated and high-resolution X-ray derived bound structures are in excellent agreement. A robust four-state Markov model, developed using cumulative 60 µs trajectories, identifies and quantifies multiple ligand binding pathways with low activation barriers. Interestingly, none of these identified binding pathways required large conformational changes for ligand access to the buried cavity. Rather, these involve transient but crucial opening of a channel to the cavity via subtle displacements in the positions of key helices (helix4/helix6, helix7/helix9) leading to rapid binding. Free energy simulations further elucidate that these channel-opening events would have been unfavorable in otherwise ligand-inactive wild type T4L. Taken together, by integrating experiments, these simulations provide unprecedented mechanistic insights into complete ligand recognition process in a buried cavity. By illustrating the power of subtle helix movements in opening up multiple pathways for ligand access, this work offers an alternate view of ligand recognition mechanism in a solvent-inaccessible cavity, contrary to common perception of single dominant pathway for ligand binding.
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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 | 0,001 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| 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 ».