Exploring the conformational preferences of 20-residue peptides in isolation: Ac-Ala19-Lys + H+vs. Ac-Lys-Ala19 + H+ and the current reach of DFT

文献情報

出版日 2015-02-12
DOI 10.1039/C4CP05541A
インパクトファクター 3.676
著者

Franziska Schubert, Carsten Baldauf, Stephan Warnke, Gert von Helden, Frank Filsinger, Peter Kupser, Mario Salwiczek, Beate Koksch, Matthias Scheffler


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要旨

Reliable, quantitative predictions of the structure of peptides based on their amino-acid sequence information are an ongoing challenge. We here explore the energy landscapes of two unsolvated 20-residue peptides that result from a shift of the position of one amino acid in otherwise the same sequence. Our main goal is to assess the performance of current state-of-the-art density-functional theory for predicting the structure of such large and complex systems, where weak interactions such as dispersion or hydrogen bonds play a crucial role. For validation of the theoretical results, we employ experimental gas-phase ion mobility-mass spectrometry and IR spectroscopy. While unsolvated Ac-Ala19-Lys + H+ will be shown to be a clear helix seeker, the structure space of Ac-Lys-Ala19 + H+ is more complicated. Our first-principles structure-screening strategy using the dispersion-corrected PBE functional (PBE + vdWTS) identifies six distinctly different structure types competing in the low-energy regime (≈16 kJ mol−1). For these structure types, we analyze the influence of the PBE and the hybrid PBE0 functional coupled with either a pairwise dispersion correction (PBE + vdWTS, PBE0 + vdWTS) or a many-body dispersion correction (PBE + MBD*, PBE0 + MBD*). We also take harmonic vibrational and rotational free energy into account. Including this, the PBE0 + MBD* functional predicts only one unique conformer to be present at 300 K. We show that this scenario is consistent with both experiments.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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