基于接触图中定向环频率分布的蛋白质结构表示

我们通过引入一种基于简单可观测量的蛋白质折叠表示，提出了一种蛋白质结构的统计方法，该可观测量定义为接触图中定向环的频率。受这些环可能构成整个蛋白质结构密码的想法的启发，我们研究了其香农熵。当追踪定义蛋白质残基接触的几何阈值t的不同值时，后者表现出特征性的瞬态行为。为了解释这一观察结果，我们提出了一个非线性力学模型——表述为一个哈密顿系统，其中t被视为连续参数——该模型允许将香农熵的行为识别为所提出的力学系统在无序相和有序相之间的一级相变。该转变本身反映了以接触图环表示的蛋白质结构的形成，并被确定为已知的、没有适当热力学极限的几个统计系统中的碎裂转变的一个例子。我们的模型产生了一些有趣的推论，包括手性、破缺的t对称性和一维性。尽管仅从纯结构考虑出发，我们进一步表明，对于天然蛋白质结构，这些可观测量遵循一些通常适用于蛋白质序列中氨基酸类型的定量规则。此外，这种多肽结构与其氨基酸序列之间的关系暗示了一个特定的蛋白质设计字母表。