Fatty Acid Binding Protein(FABP) usually binds a single molecule of long chain fatty acid and plays an important role in the "active lipid metabolism" in heart, liver, intestine and adipose tissues. Although the family of FABP has the highly structural homology, the binding affinity and the specificity are different. In order to investigate the selective interacitons between various FABPs and oleate, we performed Molecular Dynamics simulations on the complexes of FABP and oleate. We found that the dissociation constant($K_d$) of FABP-oleate complex is strongly related with the electrosatic interaction energy. At low $K_d$ the carboxyl group of oleate and Arg$^{106}$, Tyr$^{128}$, Arg$^{126}$ residues in the interior of FABP bind strongly. At high $K_d$ value the carboxyl group of oleate has moved to the β-D, β-E sheet region and are hydrogen-bonded with Arg$^{56}$, Arg$^{70}$ more weakly than those of low $K_d$. Also we found that the free water around oleate can affect the binding mode. At this point we propose the solvent-based specific interaction energy (SBSIE:$E_{ο-ρ}$/$E_{ο-ρ,ω}$, o:oleate, p:protein, w:water) which gives the effect of hydrophobic interaction in binding, and investigate the relation between the SBSIE and $K_d$ that gives more correlation than the relation between $K_d$ and the Interaction energy alone.
지방산 결합단백질은 보통 긴 사슬을 갖는 지방산 단일분자와 결합하여 심장, 간, 소장, 그리고 지방세포 등에서 "능동 지질 수송"의 역할을 담당한다. 비록 지방산 결합단백질들은 구조적으로는 매우 유사하지만, 지방산에 결합하는 친화도와 선택성은 다른 특징을 보인다. 다양한 지방산 결합단백질과 가장 많이 발견되는 지방산 염의 일종인 유산염(Oleate)간의 선택적 상호작용 이유를 밝히기 위하여 유산염이 결합된 지방산 결합단백질들을 대상으로 분자동역학적 모의실험을 수행하였다. 실험결과 문헌에 나와 있는 유산염의 해리상수($K_d$)와 유산염의 카르복실기 주위의 정전기적 상호작용 에너지는 높은 상관성를 나타내었다. $K_d$가 작은 경우에는 유산염의 카르복실기와 지방산 결합단백질의 내부에 깊이 위치한 아미노산 잔기들(Arg$^{106}$, Tyr$^{128}$, 그리고 Arg$^{126}$)과의 수소결합이 유산염의 결합에 중요한 역할을 하지만, $K_d$가 큰 경우에는 유산염의 카르복실기가 단백질의 β-D, β-E 병풍구조 위치로 이동하여 Arg$^{56}$, Tyr$^{70}$과 상대적으로 약한 수소 결합을 형성하므로서 결합에너지가 낮은 값을 보였다. 또한 카르복실기와 아미노산 잔기의 정전기적 결합이 약한 경우에는 유산염 주위에 분포된 자유로운 물분자들과 함께 카르복실기가 운동하여 유산염의 근평균제곱이동거리(RMSD)가 단백질의 내부에서 큰 값을 갖는 것을 보였다. 따라서 유산염 주위의 자유로운 물분자가 많을수록 [유산염과 단백질의 결합에너지] : [유산염과 단백질, 물분자의 결합에너지] 비가 작아지는 것을 알 수 있었다.
요약하면 지방산 결합단백질과 유산염간의 선택적 상호작용은 유산염과 정전기적 결합을 하는 아미노산 잔기들과 단백질 내부의 소수성에 대응하는 물분자들의 영향이 주된 요인으로 생각할 수가 있다.
