Molecular dynamics evidence for nonthermal effects of electric fields on pectin methylesterase activity

文献情報

出版日 2021-06-21
DOI 10.1039/D0CP05950A
インパクトファクター 3.676
著者

Chaminda P. Samaranayake, Sudhir K. Sastry


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要旨

Experimental studies relevant to the nonthermal effects of electric fields on biological systems are emerging. However, these effects are poorly understood at the molecular level. The present study investigates pectin methylesterase, a cell wall modifying enzyme in plants, exposed to various electric field strengths. Molecular dynamics (MD) of the enzyme were studied with and without (thermal-only) electric field applications. The measurements were interpreted on the basis of equivalent energy input to gain insights into the effect of electric field treatment time at a constant temperature (50 °C). Results reveal that electric fields exert nonthermal effects on both local and global protein structure. In 1 μs simulations, the results show significant (P ≤ 0.05) shrinkage of the catalytic domain and shortening of enzyme–water hydrogen bond lifetime by a 50 V cm−1 electric field. Unwinding of the helical segments, altered intra- and intermolecular hydrogen bond patterns, and increased hydration are also caused by the 50 V cm−1 electric field. This study serves to understand the electric field influence on the functional role of proteins.

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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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