二面角势能在蛋白质折叠成核路径中的作用

提出了一个蛋白质折叠成核机制的动力学模型。蛋白质被建模为由疏水和亲水珠粒组成的异聚物，具有相等的恒定键长和键角。异聚物的总能量由非连接珠粒的排斥/吸引相互作用以及所涉及二面角的贡献决定。与先前模型所基于的蛋白质残基团簇表面张力定义不明确不同，这些参数可以被严格定义。作为模型的关键思想，所选珠粒所涉及的二面角势通过对沿蛋白质链相邻珠粒的所有可能构型进行平均。由此产生的残基平均二面角势在离团簇足够远的地方是常数，但在低于阈值距离时随距离减小而单调增加。残基在团簇周围进行混沌运动的整体势是平均二面角势和成对势的组合。作为距团簇距离的函数，它具有双阱形状。内阱中的残基被视为属于团簇（蛋白质的折叠部分），而外阱中的残基被视为属于未折叠（尽管致密）的蛋白质部分。团簇周围势的双阱形状允许通过首次通过时间分析确定其发射和吸收速率，并为蛋白质折叠的成核机制发展自洽的动力学理论。对含2500个残基的蛋白质进行的数值计算，其天然态残基扩散系数从10^{-6} cm^2/s到10^{-8} cm^2/s，预测折叠时间在几秒到几百秒的范围内。