生物分子激活动力学中的动能流

蛋白质构象变化是蛋白质功能所必需的激活过程。蛋白质中的激活不同于小分子中的激活，因为它涉及通过蛋白质结构中编码的优选通道的定向且系统的能量流。理解这些能量流通道的本质以及激活过程中能量如何流经它们，对于理解蛋白质构象变化至关重要。我们最近开发了理解势能流的严格统计力学框架。在此，我们用严格的动能流理论完善了该理论框架：当外力与惯性力相对抗时势能和动能相互转换，而当惯性力彼此对抗时动能直接从一个坐标转移到另一坐标。该理论被应用于分析生物分子构象动力学的原型系统：丙氨酸二肽的异构化。对于该过程的两个必需能量流通道，二面角phi面对激活势垒，而二面角theta从势能流接收能量。有趣的是，theta通过直接向phi的动能流将其收到的所有能量转移给phi，从而帮助phi跨越激活势垒：由势能流引起的theta增大转化为phi的增大。作为补偿，theta通过直接机制从键角alpha、通过间接机制从键角beta接收动能。