Holliday 连接体异构化动力学中的隐藏复杂性

生物分子崎岖能量景观的一个合理推论是，功能胜任的折叠态可能并非如通常假设的那样唯一。事实上，单分子实验最近已识别出酶和核酶在折叠条件下动力学的分子间差异。然而，对所观察到的复杂行为的系统量化及其结构起源仍然难以捉摸。即使是相对简单的 Holliday 连接体（HJs）异构化动力学案例，分子异质性也在长观测时间（Tobs ~ 40 秒）内持续存在。在此，利用玻璃物理学的概念和互补聚类分析，我们提供了一种定量方法来分析探测 HJ 动力学中异构化的 smFRET 数据。我们表明 HJ 动力学的遍历性被有效打破；因此，HJ 的构象空间被划分为动力学不相连簇的折叠网络。虽然每个簇内的异构化动力学发生得很快，仿佛相关的构象空间已被完全采样，但属于不同簇的时间序列的不同模式在 Tobs 内不会相互转换。理论表明，HJ 动力学的持久异质性是由大小和柔韧性各异且被 Mg2+ 离子冻结的内部多环造成的。使用 Mg2+ 脉冲将 Mg2+ 浓度从高变低再变高的退火实验支持了这一观点，明确显示了不同模式的轨迹之间可以驱动相互转换。