运动学家、第一作者Ned Debold和化学家Dhandapani Venkataraman(DV)在去马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校的公交车上开始交谈，发现他们在能量如何从一种形式转化为另一种形式上有共同的兴趣——在肌肉组织中能量如何转化，在太阳能电池中能量如何转化。
Debol表示，研究人员一直在寻找一种替代能源，以取代人体通常使用的一种叫做三磷酸腺苷(ATP)的分子。
这种来源可以控制肌肉活动，并可能导致脑瘫治疗中新的肌肉痉挛镇静方案，例如，激活或增强多发性硬化症、肌萎缩侧索硬化症和慢性心力衰竭患者的骨骼肌功能。
肌肉生理学家Debold说，由于身体无法修复它们，这些都是非常虚弱的。它没有良好的机制来控制——抑制或促进——肌凝蛋白的功能，这是驱动运动的分子马达。
DV指出，寻找一种新化合物的通常方法是系统地测试数百万种化合物中的每一种，直到其中一种似乎值得继续下去——这是典型的“大海捞针”方法。
他说，“有一次我对Ned说，‘我们为什么不自己做呢?’这让我们开始了这个有趣的项目，把本来不会一起工作的人聚集在一起。”
两人很快发现，他们需要有人来模拟DV正在制造的分子和Debold用来测试的肌凝蛋白分子之间的相互作用。
他们邀请了计算化学家Jianhan Chen。
Chen解释说:“我们用电脑建模是因为实验上很难知道肌凝蛋白是如何使用DV合成的分子的。我们可以使用计算机模拟提供分子水平上的详细图片，以了解为什么这些化合物可能会有一定的影响。这不仅可以帮助我们了解肌凝蛋白是如何与目前的化合物相互作用的，也可以为DV设计新的化合物提供路线图，从而更有效地改变肌凝蛋白的功能。”
本月，研究人员在《生物物理杂志》上报告说，他们已经制造了一系列合成化合物，作为肌肉蛋白肌凝蛋白的替代能源，肌凝蛋白可以利用这种新能源来产生力和速度。
Debold实验室的Mike Woodward是他们论文的第一作者，Chen实验室的Xiaorong Liu进行了计算机模拟。
通过使用不同的同分异构体——原子排列不同的分子——他们能够“有效地调节甚至抑制肌凝蛋白的活性”，这表明改变同分异构体可能提供一种简单而强大的控制分子运动功能的方法。
有了三种新的ATP替代物的同分异构体，他们表明肌凝蛋白产生力量和运动的能力可以显著改变。
“通过将我们的实验结果与计算相关联，我们证明了每个异构体通过影响肌凝蛋白的机械化学循环的不同步骤来发挥内在的控制作用。”
他补充说，这种新的化学方法包括将三个磷酸基粘附在偶氮苯的光敏分子上，生成研究人员现在称为偶氮苯三磷酸的物质。
下一个阶段将是绘制肌凝蛋白生化周期各个点的过程。
“在肌肉研究领域，我们仍然不能完全理解肌凝蛋白是如何将从食物中获得的能量转化为机械功的。这是理解肌肉如何收缩的核心问题。通过喂食精心设计的肌凝蛋白替代能源，我们可以了解这个复杂的分子运动是如何工作的。在此过程中，我们可能会揭示新的目标和方法，以解决一系列与肌肉相关的疾病。”
原文来源：
https://www.sciencedaily.com/releases/2020/07/200713165558.htm
