面向分子结自底向上设计的电路拓扑学

打结的艺术在自然界中被利用，并出现在从童子军项目必备部分到分子结工程等多种应用中。生物分子结（如打结蛋白质）具有多种细胞功能，其缠结被认为赋予它们热稳定性和动力学稳定性。然而，关于自然演化分子结的设计原理知之甚少。链内接触和链缠结有助于打结蛋白质的折叠。电路拓扑（circuit topology）是一种描述链内接触的理论，最近被推广以解释链缠结。这一推广是电路拓扑独有的，并非由其他理论引发。在本文中，我们系统分析电路拓扑方法对线性链缠结的描述。我们采用自底向上的方法，即用一组 4 个基本结构单元受 3（或 5）个二元拓扑操作来表达缠结。蛋白质中发现的所有结形成一个定义明确、独特的群体，若用这些基本结构单元表达则自然显现。素结被纽结理论视为不可分解的，也是由这些以某种特定方式连接的结构单元构成。反过来，这种连接显示了素结在纽结理论严格意义上不可分解的根本原因。我们相信，这种对分子结结构的详细自底向上理解应有益于分子工程。