膜各向异性重塑跨膜蛋白中的无标度关联与定向力学敏感性

长程相关运动将蛋白质中彼此遥远的区域耦合起来，为变构通信、协同性构象变化以及结构稳定性与对扰动敏感性之间的平衡提供了物理基础。然而，膜蛋白在强各向异性的脂质双层环境中发挥功能，而这种环境如何重塑此类跨越整个体系的协调性仍不清楚。利用隐式膜各向异性网络模型，我们对3000多种人类跨膜蛋白进行了蛋白质组范围的分析。我们发现，在膜约束下，长程相关性仍保持无标度特征，但表现出强烈的方向依赖性。在不同蛋白质尺寸和拓扑结构之间，其相关长度仍然与相应的分子尺度成比例变化，而膜各向异性的增强会延长膜平面内的相关性并缩短沿膜法向的相关性。由于自发相关性与扰动响应源于相同的底层力学机制，我们进一步将残基水平的响应分解为膜平面内分量和法向分量。由此得到的方向性力学敏感性，为G蛋白偶联受体中对突变敏感位点的预测提供了新的依据，超出了传统标量柔性度量所能捕捉的范围。综上，这些结果表明，环境对称性破缺如何在跨尺度上组织蛋白质力学，将集体动力学与单个残基的功能敏感性联系起来，并将一种普适的物理机制与可实验测量的蛋白质功能相连接。

长程相关运动将蛋白质中相距遥远的区域耦合起来，为变构通信、协同性构象变化以及结构稳定性与对扰动敏感性之间的平衡提供了物理基础。然而，膜蛋白是在强各向异性的脂质双层环境中发挥作用的，而这种环境如何重塑此类贯穿整个体系的协调机制仍不清楚。利用隐式膜各向异性网络模型，我们对3000多种人类跨膜蛋白进行了全蛋白质组范围的分析。我们发现，在膜约束下，长程相关性仍保持无标度特征，但表现出强烈的方向依赖性。在不同蛋白质大小和拓扑结构中，其相关长度仍然与相应的分子尺度成比例，而膜各向异性的增强会延展膜平面内的相关性并缩短沿膜法向的相关性。由于自发相关性和扰动响应源于相同的底层力学机制，我们进一步将残基水平的响应分解为膜平面内分量和法向分量。由此得到的方向性力学敏感性为G蛋白偶联受体中对突变敏感位点的预测提供了新的依据，而这些位点是传统标量柔性测度无法捕捉的。总之，这些结果表明，环境对称性的破缺能够在跨尺度上组织蛋白质力学，将集体动力学与单个残基的功能敏感性联系起来，并将一种普适的物理机制与可实验测量的蛋白质功能连接起来。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.20.745933v1?rss=1

🏷️ 跨膜蛋白 膜各向异性 长程相关运动 力学敏感性 GPCR 蛋白质动力学