단백질 앙상블: 자연은 어떻게 열역학적 변동을 생명으로 활용하는가? 세포에서의 형태적 앙상블의 다양한 기능적 역할

모든 용해성 단백질은 함께 원주 상태를 구성하는 형태적 앙상블을 차지합니다. 이들의 물 속에서의 변동은 고유한 열역학적 현상이며, 에너지 지형에서의 상태 분포는 통계적 열역학에 의해 결정됩니다. 그러나 이들은 생물학적 기능을 수행하도록 최적화되어 있습니다. 본 리뷰에서는 단백질 형태적 앙상블의 자유 에너지 지형 연구의 진전을 간략하게 설명합니다. 실험적(핵자기 공명, 소각 X선 산란, 단일 분자 분광학 및 저온 전자 현미경) 및 계산적(복제 교환 분자 역학, 메타 역학 및 마코프 상태 모델) 접근법은 최근 몇 년간 큰 발전을 이루었습니다. 이들은 고도로 유연하고 이질적인 단백질 앙상블의 도전적인 특성화를 다룹니다. 우리는 단일 및 다중 도메인 단백질, 본질적으로 비정형 단백질, 다중 단백질 복합체의 집단적 운동에서 단백질 형태적 분포의 구조적 측면에 집중합니다. 특히, 우리는 혼잡한 세포 환경에서 단백질 형태적 앙상블의 기능적 조정을 보여주는 최근 연구를 강조합니다. 우리는 작은 분자 및 거대 분자(단백질 및 RNA/DNA)의 인식에서 앙상블의 역할에 초점을 맞추고 효소 촉매에서 단백질 역학의 새로운 개념을 강조합니다. 전반적으로, 단백질 앙상블은 기본 물리화학적 원리와 단백질 행동, 세포 네트워크 및 그 조절을 연결합니다.