力淬灭后拉伸生物聚合物的重折叠动力学

单分子力谱方法可用于从折叠景观的任意区域生成生物聚合物的折叠轨迹。我们利用 RNA 发夹的模拟和基于 de Gennes 均聚物塌缩模型的理论，说明了折叠动力学的复杂性以及 RNA 和蛋白质在力淬灭下塌缩的共性方面。折叠时间 $\tau_F$ 不对称地依赖于 $\delta f_S = f_S - f_m$ 和 $\delta f_Q = f_m - f_Q$，其中 $f_S$ ($f_Q$) 是拉伸（淬灭）力，$f_m$ 是 RNA 发夹的转变中点力。与实验一致，分子延伸 $R(t)$ 的弛豫动力学分三个阶段发生：延伸率先快速下降，随后进入平台期，最后在接近天然态时 $R(t)$ 急剧减小。平台期的持续时间随着 $\lambda =\tau_Q/\tau_F$ 的减小而增加（其中 $\tau_Q$ 是力从 $f_S$ 降至 $f_Q$ 的时间）。随着 $\lambda$ 的改变，力淬灭弛豫机制的变化反映在实验可测的时间相关熵中，该熵直接从折叠轨迹计算得出。张力下 de Gennes 模型的解析解再现了 $R(t)$ 的多阶段动力学。预测塌缩的初始阶段也应是聚合物的共性特征，这一预测通过模拟半柔性（柔性）均聚物在不良溶剂中从完全拉伸状态淬灭力后形成环状（球状）的动力学得到了验证。我们的发现为蛋白质折叠的多个不同实验观测结果提供了统一解释。