Wide-angle X-ray scattering and molecular dynamics simulations of supercooled protein hydration water

文献情報

出版日 2021-07-12
DOI 10.1039/D1CP02126E
インパクトファクター 3.676
著者

Maddalena Bin, Rafat Yousif, Sharon Berkowicz, Sudipta Das, Daniel Schlesinger, Fivos Perakis


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要旨

Understanding the mechanism responsible for the protein low-temperature crossover observed at T ≈ 220 K can help us improve current cryopreservation technologies. This crossover is associated with changes in the dynamics of the system, such as in the mean-squared displacement, whereas experimental evidence of structural changes is sparse. Here we investigate hydrated lysozyme proteins by using a combination of wide-angle X-ray scattering and molecular dynamics (MD) simulations. Experimentally we suppress crystallization by accurate control of the protein hydration level, which allows access to temperatures down to T = 175 K. The experimental data indicate that the scattering intensity peak at Q = 1.54 Å−1, attributed to interatomic distances, exhibits temperature-dependent changes upon cooling. In the MD simulations it is possible to decompose the water and protein contributions and we observe that, while the protein component is nearly temperature independent, the hydration water peak shifts in a fashion similar to that of bulk water. The observed trends are analysed by using the water–water and water-protein radial distribution functions, which indicate changes in the local probability density of hydration water.

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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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