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 8 128 121 24.63 0.65 2 9 127 119 47.40 0.06 3 10 127 118 48.55 0.36 4 10 128 119 48.54 0.36 5 11 14 3 864.66 4.41 6 11 125 115 48.55 0.35 7 11 126 116 48.68 0.35 8 11 127 117 48.72 0.33 9 12 23 11 229.28 89.87 10 12 128 117 48.93 0.31 11 12 129 118 48.80 0.36 12 13 21 8 229.33 89.89 13 13 23 10 48.93 0.30 14 13 24 11 48.94 0.31 15 13 124 112 48.90 0.32 16 13 131 119 48.92 0.31 17 14 21 7 229.38 89.86 18 15 20 5 511.12 53.88 19 15 21 6 229.41 89.85 20 16 19 3 789.98 6.79 21 16 20 4 623.43 2.27 22 20 25 5 788.95 3.70 23 21 24 3 834.61 0.42 24 21 25 4 824.28 5.58 25 22 25 3 827.83 3.81 26 22 26 4 824.30 5.57 27 23 26 3 827.84 3.80 28 23 27 4 804.78 4.20 29 23 131 109 368.24 0.96 30 24 27 3 835.12 7.44 31 24 28 4 808.43 2.38 32 24 124 101 368.22 0.96 33 24 131 108 368.88 0.64 34 24 154 132 366.49 0.61 35 25 28 3 828.44 3.17 36 25 29 4 808.43 2.37 37 26 29 3 824.47 6.48 38 26 30 4 807.74 1.86 39 27 30 3 814.52 1.54 40 27 31 4 808.64 2.29 41 27 131 105 372.03 0.37 42 27 132 106 372.03 0.37 43 27 133 107 372.02 0.36 44 27 153 128 371.97 0.36 45 28 31 3 821.46 4.12 46 28 32 4 813.23 0.01 47 28 152 126 371.97 0.36 48 28 153 127 371.98 0.36 49 29 32 3 821.00 0.30 50 29 33 4 813.24 0.01 51 30 33 3 830.78 0.54 52 30 34 4 813.24 0.01 53 31 34 3 815.40 1.07 54 31 79 48 373.58 0.17 55 31 80 49 373.60 0.17 56 31 133 103 372.51 0.38 57 31 134 104 372.49 0.38 58 31 135 105 372.48 0.37 59 31 153 124 372.49 0.36 60 31 166 137 342.36 0.09 61 32 166 136 342.38 0.09 62 32 167 137 342.33 0.07 63 32 169 139 341.54 0.07 64 32 170 140 341.50 0.06 65 33 167 136 342.38 0.10 66 34 80 46 374.14 0.14 67 34 166 134 342.62 0.03 68 34 167 135 342.38 0.09 69 35 51 16 392.86 0.22 70 35 53 18 393.41 0.04 71 35 66 31 392.78 0.24 72 35 79 44 381.49 0.17 73 36 50 14 392.95 0.18 74 36 164 130 343.23 0.07 75 36 165 131 343.17 0.07 76 36 166 132 342.77 0.03 77 36 167 133 342.70 0.01 78 36 168 134 342.67 0.01 79 36 197 163 262.11 0.04 80 36 200 166 261.75 0.01 81 37 49 12 393.55 0.02 82 37 50 13 392.95 0.18 83 37 77 40 392.42 0.04 84 37 78 41 388.85 0.70 85 37 79 42 388.84 0.70 86 37 137 101 391.88 0.19 87 37 164 129 343.23 0.07 88 37 165 130 343.19 0.07 89 38 48 10 393.85 0.12 90 38 49 11 393.67 0.03 91 38 137 100 392.59 0.07 92 38 163 127 343.66 0.21 93 38 164 128 343.23 0.07 94 38 193 157 262.80 0.14 95 38 196 160 262.72 0.19 96 38 197 161 262.59 0.15 97 39 47 8 398.75 2.12 98 39 48 9 393.85 0.12 99 39 137 99 392.84 0.20 100 39 148 111 393.63 0.08 101 39 162 125 369.05 0.34 102 39 163 126 347.58 2.04 103 40 46 6 406.28 0.80 104 40 47 7 398.78 2.12 105 40 148 110 393.99 0.19 106 40 161 123 374.24 0.28 107 40 162 124 369.06 0.34 108 40 176 138 336.61 0.78 109 40 180 142 308.73 0.96 110 40 189 151 263.11 0.12 111 40 192 154 263.09 0.17 112 40 193 155 262.85 0.15 113 41 45 4 730.79 8.81 114 41 46 5 406.28 0.80 115 41 147 107 394.32 0.34 116 41 14 108 394.09 0.24 117 41 148 109 393.99 0.20 118 41 160 121 375.52 0.33 119 41 161 122 374.24 0.28 120 41 180 141 313.51 3.16 121 42 45 3 805.31 4.02 122 42 184 144 269.59 0.46 123 42 185 145 269.51 0.49 124 42 186 146 268.79 0.84 125 42 189 149 264.62 0.35 126 43 182 141 308.63 0.97 127 43 183 142 288.12 1.19 128 43 184 143 280.62 2.12 129 44 147 104 402.62 1.14 130 44 185 143 269.64 0.47 131 44 186 144 269.60 0.48 132 44 216 174 261.33 0.01 133 45 147 103 402.66 1.12 134 45 186 143 269.39 0.51 135 45 215 172 261.34 0.01 136 45 216 173 260.77 0.13 137 46 139 94 402.63 1.13 138 46 147 102 402.68 1.11 139 46 14 103 402.68 1.11 140 46 148 104 402.64 1.13 141 46 186 142 269.39 0.52 142 46 214 170 261.37 0.02 143 46 215 171 261.18 0.04 144 47 189 144 263.26 0.19 145 47 190 145 263.16 0.15 146 47 193 148 263.10 0.16 147 47 212 167 261.50 0.03 148 47 213 168 261.39 0.03 149 47 214 169 261.07 0.01 150 48 67 19 402.94 1.23 151 48 75 27 402.97 1.21 152 48 76 28 402.93 1.23 153 48 77 29 402.91 1.23 154 48 139 92 402.93 1.23 155 48 148 102 402.91 1.22 156 48 212 166 261.39 0.03 157 48 213 167 261.31 0.01 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