拓扑闭合驱动拥挤环状多聚核糖体的结构稳定化与快速协同动力学

在线性多聚核糖体中，核糖体之间的排斥体积相互作用可诱导 mRNA 发生维度降低。然而，线性构型允许位于开放末端的空间位阻应力得到松弛，从而限制拥挤效应对 mRNA 结构与动力学的重塑程度。我们采用粗粒化分子动力学模拟，在一系列核糖体密度下比较了环状与线性多聚核糖体。环状闭合选择出一种以准平面构象为主的整体构象系综，其特征是在一定核糖体密度范围内形状维度 \(d_{\mathrm{shape}} \approx 2\)。尤为重要的是，环状拓扑结构与核糖体拥挤协同作用，共同抑制结构涨落。单独的闭合效应或线性体系中的拥挤效应，仅能将相对整体尺寸涨落（\(\Delta R_g/R_g\)）降低至约 0.16；而二者的联合效应则可将该涨落进一步降至约 0.07。在这一稳定化构型中，核糖体密度的增加驱动了明显的平面内重组：环状结构变得更加各向同性，整体尺寸涨落受到强烈抑制，标度指数则增大至 \(\nu \simeq 0.74\text{–}0.77\)，与可研究的有限尺寸范围 \(1000 \leq N \leq 4969\) 内二维自回避行走模型的相应数值一致。与匹配的线性体系相比，闭合使环状多聚核糖体的回转半径去相关时间缩短了 40 倍，这反映了自由末端在拓扑上的消除。在这一由闭合所选择的构象系综中，核糖体拥挤还使去相关时间在最高密度下进一步缩短，幅度最高可达 20%。一种考虑涨落的交叉模型将整体标度指数对密度的依赖与核糖体间子链的统计性质联系起来。这些结果区分了环状闭合的几何作用与其所促成的、依赖密度的空间位阻响应，揭示了环状多聚核糖体一种受限但具有动态响应能力的构象状态。

在线性多聚核糖体中，核糖体之间的排斥体积相互作用可诱导 mRNA 发生维度降低。然而，线性结构允许位于开放末端的空间位阻应力得到松弛，从而限制了拥挤效应对 mRNA 结构与动力学特性进行重塑的程度。利用粗粒化分子动力学模拟，我们在一系列核糖体密度范围内比较了环状与线性多聚核糖体。环状闭合结构选择性地形成了以准平面整体构象系综为主的状态，这一点可由形状维度 d

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🏷️ 环状多聚核糖体 粗粒化分子动力学 核糖体拥挤 拓扑闭合 构象动力学 标度行为