Multiple binding modes of a moderate ice-binding protein from a polar microalga

文献情報

出版日 2018-09-13
DOI 10.1039/C8CP04727H
インパクトファクター 3.676
著者

Maddalena Bayer-Giraldi


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要旨

Ice-binding proteins (IBPs) produced by cold-tolerant organisms interact with ice and strongly control crystal growth. The molecular basis for the different magnitudes of activity displayed by various IBPs (moderate and hyperactive) has not yet been clarified. Previous studies questioned whether the moderate activity of some IBPs relies on their weaker binding modus to the ice surface, compared to hyperactive IBPs, rather than relying on binding only to selected faces of the ice crystal. We present the structure of one moderate IBP from the sea-ice diatom Fragilariopsis cylindrus (fcIBP) as determined by X-ray crystallography and investigate the protein's binding modes to the growing ice-water interface using molecular dynamics simulations. The structure of fcIBP is the IBP-1 fold, defined by a discontinuous β-solenoid delimitated by three faces (A, B and C-faces) and braced by an α-helix. The fcIBP structure shows capping loops on both N- and C-terminal parts of the solenoid. We show that the protein adsorbs on both the prism and the basal faces of ice crystals, confirming experimental results. The fcIBP binds irreversibly to the prism face using the loop between the B and the C-faces, involving also the B-face in water immobilization despite its irregular structure. The α-helix attaches the protein to the basal face with a partly reversible modus. Our results suggest that fcIBP has a looser attachment to ice and that this weaker binding modus is the basis to explain the moderate activity of fcIBP.

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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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