Sequence-selective recognition of cationic amphipathic tripeptides with similar structures in aqueous solutions by cucurbit[7]uril

文献情報

出版日 2021-05-28
DOI 10.1039/D1CP01326B
インパクトファクター 3.676
著者

Fenfen Ma, Xiaoyan Zheng, Zesheng Li


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要旨

Sequence-selective recognition of cationic amphipathic peptides by synthetic receptors is significant to biological applications, but it is still a great challenging task. Here we first study the binding characteristics of receptor cucurbit[7]uril (CB[7]) to the smallest aromatic tripeptides X1GG (X1 = tryptophan (W), phenylalanine (F), and tyrosine (Y)) and basic tripeptides X2GG (X2 = arginine (R), lysine (K), and histidine (H)) by molecular dynamics simulations. The study indicates that the sidechains of aromatic X1 residues can be encapsulated into the CB[7] cavity, while the sidechains of basic X2 residues prefer to locate at the CB[7] portal. Based on that, we consider hydrophobic aromatic residues as the N-terminus, the smallest glycine (G) as the 2nd-residue and basic residues as the C-terminus, and design nine tripeptides X1GX2 (X1 = F, Y, W and X2 = H, K, R). We found that there is a great influence of the C-terminal basic residue of X1GX2 on binding with CB[7] due to the introduction of a new binding site between CB[7] and the sidechain of the C-terminal residue. Interestingly, CB[7] can differentiate WGR and WGK with similar structures efficiently because of their eight orders of magnitude difference in the association constant (Ka). Besides, for WGR, YGR, and YGK with a nanomolar binding affinity (Ka > 109 M−1), on reversing the sequence order of the 2nd-residue and 3rd-residue, their Ka reduces by about at least 1000-fold, implying the sequence dependence of CB[7] on recognizing these tripeptides. These results predict the potential applications of CB[7] in recognizing cationic amphipathic peptides.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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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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