馬薩諸塞州阿默斯特——化學家和人體運動學家乘坐公共汽車，但這不是開玩笑。相反，這位運動員、第一作者內德德博爾德和化學家達達尼文卡塔拉曼(Dhandapani Venkataraman)“DV”在去馬薩諸塞州阿默斯特大學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，并可能導致新的肌肉痙攣平靜療法，如腦癱，或激活或增強多發(fā)性硬化、肌萎縮側索硬化和慢性心力衰竭的骨骼肌功能。
生理學家德博爾德說，所有這些東西都使人極度虛弱，因為身體無法修復它們。它沒有很好的機制來控制-抑制或增強-肌球蛋白功能，即驅動運動的分子馬達。
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——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家陳。
陳解釋說：“我們做了計算機建模，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。我們可以用計算機模擬在分子水平上提供詳細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。這不僅可以提供關于肌球蛋白如何與當前化合物相互作用的見解，還可以為DV設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進行了計算機模擬。
通過使用不同的異構體——原子排列不同的分子——它們可以“有效地調節(jié)甚至抑制肌球蛋白的活性”，這表明改變異構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^將我們的實驗結果與計算結果相關聯(lián)，我們表明每種異構體通過影響肌球蛋白機械化學循環(huán)的不同步驟而發(fā)揮內在的控制作用。”
DV回憶說：“我的實驗室以前從未制造過這樣的化合物，我們必須學習新的化學方法；我的學生埃里克奧斯特蘭德從事合成工作?！彼a充說，新的化學包括將三個磷酸基團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域，我們仍然沒有完全理解肌球蛋白是如何將食物中的能量轉化為機械功的。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計的替代能源，我們可以了解這種復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疾病的新目標和新方法?！?
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