可逆性、水介导的切换与定向细胞动力学

蛋白质复杂网络动力学的可逆切换在选定的网络玻璃体和致密小碳水化合物分子中得到了模拟。蛋白质转变发生在长时标（约微秒至毫秒）上，令人联想到玻璃形成过冷液体在玻璃化转变温度以上所具有的指数级大粘度；在寻找可逆缓慢“齿轮激活”的机制时，Kauzmann 从蛋白质研究转向了玻璃体研究。本文表明，选定的网络玻璃体和小碳水化合物分子可用于模拟此类转变，并特别阐明了串联重复的一些普遍方面。具有 426 个残基的超螺旋“卷曲弹簧”结构的人源锚蛋白串联重复 D34，可发生可逆且塑性的折叠。此类分子过大，无法进行当前的过渡态数值模拟，目前模拟仅限于约 100 个残基并由约 3000 个水分子溶剂化，时间尺度约为纳秒。当通过荧光研究 D34 的过渡态（在其中心附近）时，在其沿 12 个螺旋重复进行基因突变修饰的样本中，观察到了出奇简单的集体（“齿轮”）模式。利用对称的 45 原子碳水化合物分子桥从蛋白质“跨越”到无机网络玻璃体，可以理解这种“塑性”模式。在那里可以轻易识别出齿轮，并证明该集体模式是非局域、水介导的 [疏水/亲水] 切换的特征。通过分析氨基酸$\alpha$-螺旋重复序列与仅水疏水性标度，可以得出转变模式的细节。生理温度下单层水膜的冻结与熔化可使锚蛋白重复序列引导肌肉、膜和细胞骨架中的细胞动力学。