生命如何运作：蛋白质的达尔文式演化

我们回顾热力学蛋白质疏水标度理论的发展，从数学与统计力学背景出发，直至生物医学应用。达尔文式演化以不同方式组织了每个蛋白质家族，但动态疏水标度理论既简单又有效，为海量氨基酸序列以及在线蛋白质数据库中包含的九万个静态结构所代表的众多蛋白质提供了易于迁移的动态洞见。临界点理论具有普适性，且近来被证明是描述已在给定环境中演化至近乎完美功能的蛋白质网络——自组织临界性——的最有效方式。达尔文式演化模式受共同的动态疏水标度原理支配，这些原理可通过研究数千个静态 PDB 结构以生物信息学方法开发的标度来量化。最有效的动态标度涉及以结构域尺度为中心、在长度尺度上平均的疏水球状雕塑相互作用。动态疏水标度理论的一个核心特征是给定蛋白质功能所对应的特征结构域长度。演化的作用使得迄今确立的最小临界长度尺度约为九个氨基酸，但在某些情况下则大得多。如本文所讨论的示例所示，需要一定巧思才能找到这一基本长度尺度。通常，对蛋白质序列达尔文式演化的考察可提示确定临界长度尺度的方法。冠状病毒的演化是一个有趣的应用；它识别出了关键突变。