摩擦对RNA折叠的影响：速度极限与Kramers转变

我们使用RNA的三相互作用位点（TIS）模型模拟，研究了摩擦对人端粒酶发夹（hTR HP）和甜菜西部黄化病毒H型假结（BWYV PK）折叠速率的影响。通过温度副本交换模拟计算的TIS模型热容几乎定量地复现了hTR HP的可用实验数据。BWYV PK的相应结果可作为预测。我们在固定盐浓度200 mM下，对每个溶剂粘度（$\eta$）值从超过100条折叠轨迹计算了折叠速率（$k_\mathrm{F}$）。通过使用折叠自由能垒的理论估计（$\propto$$\sqrt{N}$，其中$N$为核苷酸数），两个RNA的$k_\mathrm{F}$数据均使用一维Kramers理论与指定未折叠势阱和势垒顶曲率的双参数定量拟合。在高摩擦区（$\eta\gtrsim10^{-5}\,\textrm{Pa\ensuremath{\cdot}s}$），HP和PK的$k_\mathrm{F}$均随$1/\eta$减小；而在低摩擦区，$k_\mathrm{F}$随$\eta$增大而增大，导致在中等粘度（$\sim10^{-6}\,\textrm{Pa\ensuremath{\cdot}s}$）处出现最大折叠速率，即Kramers转变。由拟合我们发现，在水粘度下RNA折叠的速度极限介于1和4 $\mathrm{\mu s}$之间，这与我们之前的理论预测以及若干单分子实验结果一致。两种RNA构建体均通过并行路径折叠。令人惊讶的是，我们发现通过改变溶剂粘度可改变各路径的通量，这一预测在RNA中比在蛋白质中更易检验。