作者:赖斯大学的杰德·博伊德 一个艺术家描绘的自由能量景观和蛋白质可能遵循的两条路径(左)正确折叠，以及导致错误折叠状态的第三条路径(右)
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伊戈辛/莱斯大学 莱斯大学的研究人员在化学动力学方程中发现了一个隐藏的对称性，科学家们长期以来一直用它来模拟和研究许多对生命至关重要的化学过程
这一发现对药物设计、遗传学和生物医学研究都有影响，并在本月发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究中有所描述
为了说明生物学的分支，这项研究的合著者，莱斯理论生物物理中心的奥列格·伊戈辛、阿纳托利·科洛梅斯基和乔尔·马洛里使用了三个广泛的例子:蛋白质折叠、酶催化和运动蛋白质效率
在每种情况下，研究人员都证明了一个简单的数学比率表明，误差的可能性是由动力学而不是热力学控制的
“这可能是一种蛋白质折叠成正确与不正确的构象，一种酶将正确与错误的氨基酸结合到多肽链中，或者一种运动蛋白错误地后退而不是前进，”CTBP研究员兼莱斯大学生物工程教授伊戈辛说
“所有这些特性都可以用两个稳态通量的比值来表示，我们发现用这些术语表示的生物特性受到动力学控制
" 蛋白质折叠的例子说明了药物设计的含义
所有蛋白质都折叠成一种特有的形状，一部分折叠成错误的形状
蛋白质错误折叠与一些可遗传的遗传性疾病有关，制药商对制造能降低蛋白质错误折叠几率的药物很感兴趣
在折叠之前，蛋白质有能量，就像坐在山顶的球
折叠是从这个高能起点到球停止滚动的地方的下坡跑
化学家经常使用一种被称为“自由能量景观”的视觉辅助来绘制化学反应中的能量水平
风景看起来像一个有山峰和山谷的山脉，从蛋白质展开的起点到完全折叠的终点的下坡路看起来像一条蜿蜒穿过一系列山谷的山路
即使沿路的一个城镇海拔较低，一个旅行者也可能不得不在下山的路上从一个山谷爬到另一个山谷
伊戈辛说:“我们已经表明，决定这些比率的是障碍，即山谷之间的高点。”
“山谷的深处不重要
“例如，如果你想得到一种药物来帮助蛋白质正确折叠，我们的预测是这种药物必须能够减少折叠路径上的屏障，”他说
“如果它只影响谷，比如说通过改善折叠路径上一些中间构象的稳定性，它不会改变蛋白质正确折叠和错误折叠的比率
" 伊戈辛说，这项工作源于2017年的一项研究，在这项研究中，他、科洛梅斯基和前CTBP博士后研究员金舒克·班纳吉表明酶催化的准确性是由动力学控制的
伊戈辛将这一发现描述为“一种潜在的方程对称性”
" “如果你看通量的比率，你会得到有趣的抵消，所有与这些值有关的项都抵消了，你会得到不变性，”他说
“当我们第一次得到这个结果时，对我们来说似乎是违反直觉的
然后，我们不确定这是否是巧合，因为在之前的论文中，我们只给出了两个特定的动力学方案
现在，乔尔的工作表明，它可以推广到这一广泛的系统
" 伊戈辛说对称性“并不难证明，但以前没人注意到它
" “我认为这是一个非常有趣的物理结果，对生物学有重大影响，”他说
“它有助于确定在许多生物过程中控制和优化系统级特性的可能性极限
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