Origin of Protein Quake: Energy Waves Conducted by a Precise Mechanical Machine
Origin of Protein Quake: Energy Waves Conducted by a Precise Mechanical Machine
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蛋白质地震的起源：精密机械传导的能量波
DOI：
10.1021/acs.jctc.2c00514
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发表时间：
2022
影响因子：
5.5
通讯作者：
Ma, Ao
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Li, Huiyu;Wu, Shanshan;Ma, Ao
蛋白质生物物理学的一个长期挑战是了解肌红蛋白中的蛋白质地震——负责重新分配光解后多余血红素能量的结构动力学。尽管付出了巨大的努力，这一过程的分子机制仍然难以捉摸。利用能量流理论，我们发现了一个基本的新现象：血红素能量通过具有普遍存在的基频和两个泛音的正弦波重新分配。能量波通过近端组氨酸的五个连续二面体的导管从血红素发射到肌红蛋白主链，然后沿着主链快速传播到穿过蛋白质的侧链。这种机制比以前研究中基于扩散的机制要有效得多，因为波是系统性的，而扩散是随机的。为了传播能量波，坐标必须配合，从而产生作为广义功函数的奇异向量的集体模式。这些模式显示了任务划分：少数高能模式产生大规模的呼吸运动，从而放松蛋白质基质，从而实现数百种低能振动模式的能量转换。
A long-standing challenge in protein biophysics is to understand protein quake in myoglobin─the structural dynamics responsible for redistributing the excess heme energy after photolysis. Despite extensive efforts, the molecular mechanism of this process remains elusive. Using the energy flow theory, we uncovered a fundamental new phenomenon: the heme energy is redistributed by sinusoidal waves with a ubiquitous fundamental frequency and two overtones. The energy waves emanate from the heme into the myoglobin backbone via a conduit of five consecutive dihedrals of the proximal histidine and then travel quickly along the backbone to reach sidechains across the protein. This mechanism is far more effective than the diffusion-based mechanism from previous studies because waves are systematic while diffusion is random. To propagate energy waves, coordinates must cooperate, resulting in collective modes that are singular vectors of the generalized work functional. These modes show task partitioning: a handful of high-energy modes generate large-scale breathing motion, which loosens up the protein matrix to enable hundreds of low-energy vibrational modes for energy transduction.
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光解碳单氧肌红蛋白的晶体结构
影响因子：
64.8
作者：
I. Schlichting;J. Berendzen;G. Phillips;R. Sweet
通讯作者：
R. Sweet
DOI：
10.1073/pnas.82.15.5000
发表时间：
1985-01-01
影响因子：
11.1
作者：
ANSARI, A;BERENDZEN, J;YOUNG, RD
通讯作者：
YOUNG, RD
影响因子：
5.5
作者：
Best, Robert B.;Zhu, Xiao;Shim, Jihyun;Lopes, Pedro E. M.;Mittal, Jeetain;Feig, Michael;MacKerell, Alexander D., Jr.
通讯作者：
MacKerell, Alexander D., Jr.
影响因子：
3.3
作者：
Bu, LT;Straub, JE
通讯作者：
Straub, JE
影响因子：
2.9
作者：
ANSARI, A;JONES, CM;EATON, WA
通讯作者：
EATON, WA