水溶液中の塩化イミダゾリウムイオン液体によるアズリンの構造的不安定化

Structural Destabilization of Azurin by Imidazolium Chloride Ionic Liquids in Aqueous Solution.

• Arusha Acharyya
• David DiGiuseppi
• Brittany L Stinger
• Reinhard Schweitzer-Stenner
• Timothy D Vaden

抄録

アルキルイミダゾリウムクロライドイオン液体（IL）は、多くの生化学的用途に使用されています。その疎水性はアルキル鎖の長さを変えることで調整可能であり、長鎖の塩化イミダゾリウムイオン液体は水溶液中でミセルを形成することができる。本研究では、イミダゾリウム塩酸塩ILの構造と安定性への影響を調べた。温度依存性赤外（IR）と振動円二色性分光法は、タンパク質がどのように影響を受けるかについての二次構造固有の情報を提供することができ、温度ジャンプ過渡IR測定は、ILの影響を受けたアンフォールディングダイナミクスを定量化することができます。これらの技術を用いて、水溶液中でアズリンが1.0MのILによってどのように不安定化されるかを定量化することができます。疎水性の低い短いIL、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムクロリドと1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムクロリドは、αヘリックスドメインと相互作用し、タンパク質の融解温度をILなしで82℃から55℃に低下させ、全体的な三次構造を乱し、結果としてゆるく、よりオープンな形状になる可能性が高い。熱力学的解析は、タンパク質の不安定化がアンフォールディングエントロピーの増加によるものであることを示している。1-オクチル-3-メチルイミダゾリウムクロライド[OMIM]Clは、溶液中でミセルを形成し、タンパク質を部分的に可溶化する可能性があり、より重要な不安定化効果を持っており、その結果、35℃の融解温度、より大きなアンフォールディングエントロピー、および緩和速度は、非摂動アズリンと比較して数桁速い。緩和時定数の温度非依存性は、[OMIM]Clの存在下では、タンパク質のフォールディングポテンシャルエネルギー面が非常に滑らかになっていることを示唆している。

Alkyl imidazolium chloride ionic liquids (ILs) have been used for numerous biochemical applications. Their hydrophobicity can be tuned by changing the alkyl chain length, and longer-chain ILs can form micelles in aqueous solution. We have investigated the effects of imidazolium chloride ILs on the structure and stability of azurin, which is a very stable Cu redox protein with both α-helix and β-sheet domains. Temperature-dependent infrared (IR) and vibrational circular dichroism spectroscopy can provide secondary-structure-specific information about how the protein is affected, and temperature-jump transient IR measurements can quantify the IL-influenced unfolding dynamics. Using these techniques, we can quantify how azurin is destabilized by 1.0 M ILs in aqueous solution. The shorter, less hydrophobic ILs, 1-butyl-3-methylimidazolium chloride and 1-hexyl-3-methylimidazolium chloride likely interact with the α-helix domain and decrease protein melting temperature from 82 °C without IL to 55 °C and disturb the overall tertiary structure, resulting in a looser, more open shape. Thermodynamic analysis indicates that protein destabilization is due to increased unfolding entropy. 1-Octyl-3-methylimidazolium chloride [OMIM]Cl, which forms micelles in solution that may partially solvate the protein, has a more significant destabilizing effect, resulting in a melting temperature of 35 °C, larger unfolding entropy, and relaxation kinetics several orders of magnitude faster than with unperturbed azurin. The temperature-independence of the relaxation time constant suggests that in the presence of [OMIM]Cl, the protein folding potential energy surface has become very smooth.