BSDB

The conformational change and the identification of the mechanical clamp for proteins can be derived by looking at the unfolding scenario. A unfolding scenario shows distance d_u at which a given native contact is broken for the last time. Contacts in the scenario diagrams are identified by the sequential distance |j - i|. A contact is said to be broken if the distance between amino acids i and j exceeds 1.5σ_ij. An accumulation of many contacts unfolding events at a value of d_u indicates emergence of a force peak. In such figure the y-axis shows the sequential separation between two amino acids that make a native contact. The x-axis indicates at which displacement of the pulling tip the contact is broken for the last time. Notice that thermal fluctuations may reinstate a broken contact temporarily and that’s why we seek the last, and thus definitive, rupture event.

As an example we show the unfolding diagram for the first chain of protein 1c4p. This protein contains an α helix (196-210), denoted as I, and eight β strands, denoted as A through H, as labelled consecutively from the N to C termini. These β strands form three β sheets: a, b, and c. The a sheet comprises four strands (A, B, G, E), b sheet two ( C, F), and c-sheet also two ( D, H). These letters are indicated on the unfolding scenario figure and show which secondary structures are involved in a contact that is broken at the distance d_u. The data symbols marked by asterisks correspond to contacts which do not involve any secondary structures. The remaining symbols are diversified and have a meaning identified by the letter symbols placed next to them. The force peak at about 140 Å involves a near simultaneous rupture of the contacts which relate to the terminal strands A and G: A+G (meaning between A and G), A+I, G+I (i.e. with the helix) as well as D+H, A+B, E+G, D+G, C+G, and A+C. Breaking these contacts results in destroying the a β-sheet. Later on, the remaining contacts, such as C+F in the b sheet are broken and the helix is the last to unravel.

ICN I J |I-J| Displacement error 1 20 122 102 533.15 1.82 2 21 112 91 531.76 1.39 3 21 116 95 533.15 1.80 4 21 122 101 533.15 1.82 5 21 124 103 533.13 1.81 6 22 122 100 533.20 1.81 7 22 123 101 533.16 1.82 8 22 124 102 533.16 1.81 9 22 173 151 350.68 1.32 10 22 260 238 17.11 0.27 11 23 112 89 533.17 1.81 12 23 124 101 533.17 1.82 13 23 126 103 533.14 1.81 14 23 169 146 351.16 1.29 15 23 170 147 351.03 1.28 16 23 171 148 350.99 1.28 17 23 172 149 350.74 1.33 18 23 173 150 350.70 1.32 19 23 174 151 350.69 1.32 20 24 123 99 533.23 1.81 21 24 124 100 533.19 1.81 22 24 125 101 533.17 1.81 23 24 126 102 533.15 1.81 24 24 174 150 350.70 1.32 25 24 176 152 350.64 1.32 26 24 256 232 45.59 0.49 27 24 257 233 38.26 0.77 28 24 260 236 20.80 0.85 29 25 126 101 533.17 1.81 30 25 129 104 483.00 0.65 31 25 172 147 351.05 1.28 32 25 174 149 350.78 1.33 33 25 175 150 350.69 1.32 34 25 176 151 350.69 1.32 35 26 34 8 533.30 1.76 36 26 38 12 533.24 1.81 37 26 125 99 533.23 1.81 38 26 126 100 533.19 1.81 39 26 127 101 533.16 1.81 40 26 128 102 533.14 1.81 41 26 176 150 350.69 1.32 42 26 178 152 350.63 1.32 43 27 34 7 533.94 2.06 44 27 128 101 533.15 1.81 45 27 129 102 533.15 1.81 46 27 132 105 486.19 2.54 47 27 175 148 351.00 1.28 48 27 176 149 350.80 1.33 49 27 177 150 350.69 1.31 50 27 178 151 350.64 1.32 51 27 212 185 206.75 0.15 52 27 215 188 199.94 0.56 53 27 216 189 198.44 1.27 54 28 34 6 575.92 22.17 55 28 128 100 533.18 1.80 56 28 177 149 350.80 1.33 57 28 178 150 350.70 1.32 58 28 212 184 206.76 0.15 59 29 32 3 833.61 4.12 60 29 185 156 283.01 3.00 61 29 205 176 223.03 0.07 62 29 208 179 221.64 0.48 63 29 209 180 220.97 0.23 64 29 212 183 206.78 0.16 65 30 128 98 533.27 1.81 66 30 137 107 480.28 4.33 67 30 185 155 281.01 4.00 68 30 189 159 261.18 0.68 69 30 192 162 259.97 0.79 70 30 197 167 238.41 2.13 71 30 200 170 232.57 2.29 72 30 204 174 223.24 0.13 73 30 205 175 223.04 0.08 74 30 208 178 222.12 0.24 75 31 185 154 279.64 4.65 76 31 188 157 261.20 0.64 77 31 189 158 260.98 0.58 78 31 192 161 251.15 2.89 79 32 178 146 350.79 1.32 80 32 180 148 350.51 1.33 81 32 185 153 280.95 3.98 82 32 188 156 261.56 0.82 83 32 238 206 144.42 0.95 84 33 36 3 844.99 2.09 85 33 37 4 822.74 4.51 86 33 178 145 350.74 1.30 87 34 37 3 842.84 1.01 88 34 38 4 812.52 0.47 89 34 127 93 533.32 1.93 90 34 128 94 533.33 1.91 91 34 178 144 350.67 1.30 92 35 38 3 844.93 2.06 93 35 39 4 813.78 0.04 94 35 127 92 533.40 1.89 95 36 39 3 847.45 2.35 96 36 40 4 823.35 4.02 97 37 40 3 845.13 2.16 98 37 41 4 826.23 5.46 99 37 178 141 350.67 1.31 100 37 236 199 144.75 1.04 101 37 242 205 56.59 0.68 102 37 246 209 55.85 0.78 103 37 249 212 55.33 1.04 104 37 253 216 52.79 0.27 105 38 41 3 825.41 5.87 106 38 42 4 822.57 4.40 107 38 50 12 577.50 20.05 108 38 125 87 533.88 1.74 109 38 127 89 533.73 1.75 110 39 42 3 845.92 0.83 111 39 50 11 577.60 20.09 112 39 127 88 533.84 1.75 113 40 43 3 850.76 0.30 114 40 242 202 56.80 0.79 115 40 246 206 55.33 1.04 116 41 44 3 866.68 1.08 117 41 48 7 624.25 1.16 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