馬薩諸塞州阿默斯特——化學(xué)家和人體運(yùn)動(dòng)學(xué)家乘坐公共汽車，但這不是開玩笑。相反，這位運(yùn)動(dòng)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(duì)如何將能量從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式很感興趣——對(duì)德博爾德來(lái)說(shuō)，是肌肉組織和太陽(yáng)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(lái)源可以控制肌肉活動(dòng)，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(shuō)，所有這些東西都使人極度虛弱，因?yàn)樯眢w無(wú)法修復(fù)它們。它沒(méi)有很好的機(jī)制來(lái)控制-抑制或增強(qiáng)-肌球蛋白功能，即驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)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(cè)試數(shù)百萬(wàn)人中的每一個(gè)人，直到看起來(lái)值得跟進(jìn)——經(jīng)典的“大海撈針”方法。他說(shuō)，“我曾經(jīng)向奈德建議，‘我們?yōu)槭裁床蛔约鹤鲠樐兀俊@讓我們開始了這個(gè)有趣的項(xiàng)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(lái)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(qǐng)了計(jì)算化學(xué)家陳。
陳解釋說(shuō)：“我們做了計(jì)算機(jī)建模，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)上很難知道DV合成的分子會(huì)如何產(chǎn)生肌球蛋白。我們可以用計(jì)算機(jī)模擬在分子水平上提供詳細(xì)的圖片來(lái)理解為什么這些化合物可能會(huì)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(jì)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(bào)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(shí)驗(yàn)室的Mike Woodward是他們論文的第一作者，陳實(shí)驗(yàn)室的Xiaoxiao Liu進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬。
通過(guò)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(yùn)動(dòng)功能提供一種簡(jiǎn)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(yùn)動(dòng)能力可以顯著改變?！巴ㄟ^(guò)將我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果相關(guān)聯(lián)，我們表明每種異構(gòu)體通過(guò)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(shuō)：“我的實(shí)驗(yàn)室以前從未制造過(guò)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?！彼a(bǔ)充說(shuō)，新的化學(xué)包括將三個(gè)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(shuō)，這三個(gè)人的下一階段將是繪制肌球蛋白生化循環(huán)各階段的過(guò)程圖?！霸诩∪庋芯款I(lǐng)域，我們?nèi)匀粵](méi)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(wèn)題。通過(guò)為肌球蛋白提供精心設(shè)計(jì)的替代能源，我們可以了解這種復(fù)雜分子運(yùn)動(dòng)的工作原理。在這個(gè)過(guò)程中，我們很可能會(huì)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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