蛋白质过渡态位置的力依赖性及 Bell-Evans 模型

单分子力谱学开辟了分子生物物理学与生物化学研究的新领域。对单个蛋白质的拉伸实验使我们能够以高时间分辨率监测构象转变并测量其自由能势垒。单蛋白质的力-伸展曲线常呈现较大的滞后现象，其解折叠力高于重折叠力。因此，这些分子中过渡态（TS）的高能量使得在平衡跳跃实验中无法测量动力学速率。在不可逆拉伸实验中，基于动力学的 Bell-Evans 模型所推导的折叠与解折叠 TS 距离之和，与弹性模型所预测的全分子伸展之间存在系统性偏差。本文表明，该偏差源于力诱导的 TS 移动。具体而言，我们研究了具有高动力学稳定性的蛋白质 barnase，利用拉伸实验与 Bell-Evans 模型来表征其动力学势垒的位置。实验结果表明，尽管 TS 相对于天然态保持大致恒定的距离，但其相对于非折叠态随力发生偏移。有趣的是，将蛋白质伸展转换为氨基酸单位后发现，TS 位置遵循 Leffler-Hammond 假说：力越大，相对于天然态已解链氨基酸数目越少。该结果还与短 DNA 发夹的准可逆解折叠-折叠过程进行了比较。