馬薩諸塞州阿默斯特——化學(xué)家和人體運動學(xué)家乘坐公共汽車，但這不是開玩笑。相反，這位運動員、第一作者內(nèi)德德博爾德和化學(xué)家達(dá)達(dá)尼文卡塔拉曼(Dhandapani Venkataraman)“DV”在去馬薩諸塞州阿默斯特大學(xué)的公共汽車通勤途中開始交談，發(fā)現(xiàn)他們對如何將能量從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式很感興趣——對德博爾德來說，是肌肉組織和太陽能電池中的DV。
德伯德告訴化學(xué)家，研究人員一直在尋找替代能源，以取代人體常用的一種叫做三磷酸腺苷(ATP)的分子。這些來源可以控制肌肉活動，并可能導(dǎo)致新的肌肉痙攣平靜療法，如腦癱，或激活或增強(qiáng)多發(fā)性硬化、肌萎縮側(cè)索硬化和慢性心力衰竭的骨骼肌功能。
生理學(xué)家德博爾德說，所有這些東西都使人極度虛弱，因為身體無法修復(fù)它們。它沒有很好的機(jī)制來控制-抑制或增強(qiáng)-肌球蛋白功能，即驅(qū)動運動的分子馬達(dá)。
正如DV所指出的，尋找新化合物的通常方法是系統(tǒng)地測試數(shù)百萬人中的每一個人，直到看起來值得跟進(jìn)——經(jīng)典的“大海撈針”方法。他說，“我曾經(jīng)向奈德建議，‘我們?yōu)槭裁床蛔约鹤鲠樐?？’這讓我們開始了這個有趣的項目，它把那些永遠(yuǎn)不能一起工作的人聚集在一起。"
很快，他們發(fā)現(xiàn)他們需要有人來模擬DV制造的分子和Debold使用的肌球蛋白分子之間的相互作用。他們邀請了計算化學(xué)家陳。
陳解釋說：“我們做了計算機(jī)建模，因為實驗上很難知道DV合成的分子會如何產(chǎn)生肌球蛋白。我們可以用計算機(jī)模擬在分子水平上提供詳細(xì)的圖片來理解為什么這些化合物可能會發(fā)揮一定的作用。這不僅可以提供關(guān)于肌球蛋白如何與當(dāng)前化合物相互作用的見解，還可以為DV設(shè)計能夠更有效地改變肌球蛋白功能的新化合物提供路線圖。”
研究人員本月在《生物物理雜志》報道，他們制造了一系列合成化合物，作為肌肉蛋白肌球蛋白的替代能源，肌球蛋白可以利用這種新能源產(chǎn)生力量和速度。德博實驗室的Mike Woodward是他們論文的第一作者，陳實驗室的Xiaoxiao Liu進(jìn)行了計算機(jī)模擬。
通過使用不同的異構(gòu)體——原子排列不同的分子——它們可以“有效地調(diào)節(jié)甚至抑制肌球蛋白的活性”，這表明改變異構(gòu)體可能為控制分子運動功能提供一種簡單有效的方法。使用了新的ATP替代物的三種異構(gòu)體，這表明肌球蛋白產(chǎn)生的力量和運動能力可以顯著改變?！巴ㄟ^將我們的實驗結(jié)果與計算結(jié)果相關(guān)聯(lián)，我們表明每種異構(gòu)體通過影響肌球蛋白機(jī)械化學(xué)循環(huán)的不同步驟而發(fā)揮內(nèi)在的控制作用?！?
DV回憶說：“我的實驗室以前從未制造過這樣的化合物，我們必須學(xué)習(xí)新的化學(xué)方法；我的學(xué)生埃里克奧斯特蘭德從事合成工作。”他補(bǔ)充說，新的化學(xué)包括將三個磷酸基團(tuán)連接到光敏分子偶氮苯上，這使得研究人員現(xiàn)在稱之為偶氮苯三磷酸。
德博爾德說，這三個人的下一階段將是繪制肌球蛋白生化循環(huán)各階段的過程圖?！霸诩∪庋芯款I(lǐng)域，我們?nèi)匀粵]有完全理解肌球蛋白是如何將食物中的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的。這是理解肌肉如何收縮的核心問題。通過為肌球蛋白提供精心設(shè)計的替代能源，我們可以了解這種復(fù)雜分子運動的工作原理。在這個過程中，我們很可能會揭示解決許多肌肉相關(guān)疾病的新目標(biāo)和新方法?！?
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