通过具有双峰分布的蛋白质相互作用网络放大和检测单分子构象涨落

蛋白质经历具有多个时间尺度的构象动力学，这导致酶活性的涨落。近期单分子酶学的研究直接观察到了这种“古老”的动态无序现象。然而，单分子技术有其局限性。为了能够在原位观察具有真实生化功能的这种分子效应，我们提出将酶活性的涨落与小型蛋白质相互作用网络（如零级超敏感磷酸化-去磷酸化循环）中的噪声传播耦合起来。我们表明，酶涨落确实可以被放大数个数量级，成为底物磷酸化水平的涨落——这是细胞生物学中广泛关注的量。比催化反应周转率慢得多的酶构象涨落导致磷酸化底物的双峰浓度分布。反过来，这种网络放大的单酶涨落可以用作一种新型的生化“报告器”，用于测量单酶构象涨落速率。