在化学动力学方程中发现的隐藏对称性 - 药物设计，遗传学和更多

时间：2022-04-15 12:25:06 来源：

艺术家的艺术家的起法和两种可能的路径蛋白质可能会遵循（左）正确折叠，并且导致错误折叠状态的第三路径（右）。

稻米大学研究人员发现了化学动力学方程的隐藏对称性科学家长期以来习惯于模拟和研究许多化学过程对生命所必需的许多化学过程。

该发现对药物设计，遗传和生物医学研究有影响，并在20世纪60年4月21日公布的一项研究中，在国家科学院的诉讼程序中。为了说明生物分歧，研究共同作者Oleg Igoshin，Anatoly Kolomeishy和Rice的理论生物理物理学中心（CTBP）的joel Mallory使用了三种宽范围的实施例：蛋白质折叠，酶催化和机动蛋白质效率。

Igoshin表示，对称性“并不难以证明，但没有人在之前注意到。”

在每种情况下，研究人员展示了简单的数学比表明错误的可能性由动力学而不是热力学控制。

“它可能是一种蛋白质折叠成正确的与不正确的构象，一种酶，其掺入错误氨基酸进入多肽链，或者Motor蛋白错误地踩下而不是前进，”CTBP调查员和米饭生物工程教授。“所有这些性质都可以表示为两个稳态通量的比例，我们发现在这些术语中表达的生物学特性是在动力学控制下。”

蛋白质折叠实例说明了对药物设计的影响。所有蛋白质均折叠成特征形状，并将馏分呈现出错误的形状。蛋白质错误折叠在一些可遗传的遗传疾病和疾病中涉及，而药物制造商有兴趣制备可以减少蛋白质误折叠的机会的药物。

Anatoly Kolomeisky，左和ogoshin。

在它折叠之前，蛋白质有能量，就像一个坐在山顶上的球一样。折叠是从这个高能量起点到球停止滚动的地方的下坡。化学家们经常使用称为“自由能景观”的视觉助剂来绘制化学反应中的能量水平。景观看起来像一个山脉，山脉和山谷，从蛋白质展开的起点到它完全折叠的精加工点的下坡可以看起来像一条穿过一系列山谷的山路。即使沿着道路的一个城镇升级较低，旅行者也可能不得不爬山，从下坡的路上从一个山谷到另一个山谷。

“我们已经表明它是障碍物，山谷之间的高点，即确定这些比率，”Igoshin说。“山谷的深度无关紧要。

“如果你想获得一个有助于蛋白质折叠的药物，例如，我们的预测是药物必须能够减少折叠途径的屏障，”他说。“如果它只影响谷谷，通过提高沿折叠途径的一些中间构象的稳定性来说，它不会改变蛋白质折叠正确与错误的比率。”

Igoshin表示，这项工作源于2017年的2017年学习，他，Kolomeisky和前CTBP博士后研究员Kinshuk Banerjee表明，酶促催化的准确性是动力学控制的。Igoshin将发现作为“种类的等式对称性。”

“如果你看一下助势的比率，你就会得到这个有趣的取消，以及与这些价值观有关的所有术语取消，你得到了不变性，”他说。“当我们第一次得到这个结果时，它似乎对我们违反了。然后，我们不确定它是否是巧合，因为在上一篇文章中，我们仅为两种特定的动力学计划显示。现在Joel的工作表明它可以推广到这一广泛的系统。“

Igoshin表示，对称性“并不难以证明，但没有人在之前注意到。”

“我认为这是一个非常有趣的物理结果，对生物学有很大的影响，”他说。“它可以帮助定义关于在许多生物过程中控制和优化系统级特性方面的可能性。”

参考：“用于各种生化过程的静止通量比率的动力学控制”由Joel D. Mallory，Anatoly B. Kolomeisky和Oleg A. Igoshin，4月21日，4月20日，国家科学院的诉讼程序.DOI：
10.1073 / pnas.1920873117

Kolomeisky是一名CTBP调查员，化学教授和化学和生物分子和大米化学系椅子。Mallory是在CTBP的博士后研究员工。

该研究得到了国家科学基金会（PHY-1427654，CHE-1664218，MCB-19411106）和Welch Foundation（C-1559，C-1995）的支持。

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