主动高斯网络模型：蛋白质涨落与别构行为的非平衡描述
统计力学
2025-06-02 v1 软凝聚态物质
摘要
理解蛋白质中结构与功能之间的联系是分子生物学和蛋白质组学的基础。在这一背景下，一个核心问题是别构性——即分子在一个位点的结合影响远处位点活性——是否作为结构、功能和内禀动力学之间复杂相互作用的进一步体现而出现。本研究探讨当内禀蛋白质动力学在偏离平衡条件下运作时，别构调控是如何被改变的。为此，受活性物质系统启发，我们通过推广广泛使用的高斯网络模型（GNM）以纳入非热效应，引入了一个简单的蛋白质动力学非平衡模型。我们的方法强调了使用介导蛋白质-蛋白质相互作用的人磷酸酶 hPT1E 的第二个 PDZ 结构域作为基准系统，将别构性构建为因果过程的优势。我们采用响应函数和转移熵等因果指标，来识别别构信号在蛋白质结构中传播所经过的 PDZ2 残基网络。这些指标揭示了与实验观察结果高度吻合的特定区域。此外，我们的结果表明，通过引入不同的时间尺度和记忆效应，偏离纯热涨落可以显著影响别构通信。当别构响应在的时间尺度与弛豫到平衡态不相容时，这种影响尤为相关。因此，非热涨落对于准确描述蛋白质对配体结合的响应以及全面理解别构调控可能变得至关重要。
引用
@article{arxiv.2505.24855,
title = {Active Gaussian Network Model: a non-equilibrium description of protein fluctuations and allosteric behavior},
author = {Giulio Costantini and Lorenzo Caprini and Umberto Marini Bettolo Marconi and Fabio Cecconi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.24855},
year = {2025}
}