超分子动力学的反应速率理论：在蛋白质聚集中的应用
生物物理
2018-09-26 v1 生物大分子
摘要
探究软物质与生物物质中超分子过程（如蛋白质聚集）的反应机制本身具有挑战性。这些过程源于多种分子机制的协同作用，每种机制都涉及大量弱键的重排，从而形成具有多个动力学势垒的复杂自由能景观。在不同温度下对超分子过程进行反应速率测量，可为其潜在分子机制及其热力学性质提供前所未有的见解。然而，为了能从潜在微观机制的角度解释此类测量，一个关键挑战是确定复杂自由能景观的哪些性质被反应速率所探测。在此，我们基于Kramers关于跨越多个动力学势垒的扩散反应的速率理论，提出一种超分子动力学的反应速率理论，并将结果应用于蛋白质聚集。利用该框架和蒙特卡洛模拟，我们表明蛋白质聚集的反应速率属于Arrhenius-Eyring类型，且相关的活化能仅探测各自自由能景观中一个相关的势垒。我们将这一进展应用于在实验和粗粒化计算机模拟中，从潜在分子机制及相关热力学特征的角度解释淀粉样蛋白聚集动力学的反应速率测量。我们的结果建立了一个通用平台，用于借助化学动力学框架探测软物质与生物物质中超分子现象的机制与能量学。
引用
@article{arxiv.1803.04851,
title = {Reaction rate theory for supramolecular kinetics: application to protein aggregation},
author = {Thomas C. T. Michaels and Lucie X. Liu and Samo Curk and Peter G. Bolhuis and Andela Saric and Tuomas P. J. Knowles},
journal= {arXiv preprint arXiv:1803.04851},
year = {2018}
}