离子在核酶上的凝聚具有位点特异性且依赖于折叠

高度带电的 RNA 分子，每个磷酸基团携带一个负电荷，在无离子时无法折叠成具有三级相互作用的明确结构。对于核酶，已知二价阳离子比一价离子更能有效地驱动其进入紧凑状态，尽管催化活性需要 Mg$^{2+}$ 离子。因此，离子如何与 RNA 相互作用关乎对 RNA 折叠的理解。常被认为大多数离子以地域性、非特异性的方式结合于 RNA，正如反离子凝聚 (CIC) 理论所预言。在此，我们通过对 ${\it Azoarcus}$ 核酶基于精确的粗粒化三位点相互作用 (TIS) 模型并显式包含二价与一价阳离子的模拟表明，离子凝聚高度特异且依赖于核苷酸位置。即便在核酶未形成三级相互作用的极低 Mg$^{2+}$ 浓度下，磷酸基团与二价阳离子间高配位的区域也可辨明。令人惊讶的是，这些区域也包含随后在 RNA 自组装中成核的二级结构元件，意味着离子凝聚由折叠态的架构所决定。这些结果与离子（一价与二价）同刚性带电杆相互作用的情形形成鲜明对比，后者中离子凝聚是均匀且与位置无关的。差异可用核酶随 Mg$^{2+}$ 或 Ca$^{2+}$ 浓度增加折叠时剧烈的非单调形状涨落来解释。