Dynamics and the Problem of Recognition in Biological Macromolecules

از درون ساختارهای پیچیده موجودات و سلول‌ها تا سطح مولکولی، فرآیندهای بیولوژیکی همگی شامل حرکت هستند. فیبرهای عضلانی روی یکدیگر می لغزند تا عضله را فعال کنند، همانطور که پلیمرازها در کنار اسیدهای نوکلئیک برای تکثیر و رونویسی ماده ژنتیکی انجام می دهند. سلول ها با شناخت یکدیگر از طریق برهمکنش های سطح ویژه ماکرومولکولی، حرکت می کنند و خود را در اندام ها سازماندهی می کنند. این فرآیندهای شناسایی شامل سازگاری متقابل ساختارهایی است که بر انعطاف پذیری آنها متکی است. انواع تغییرات ساختاری در پروتئین های دخیل در انتقال سیگنال از طریق غشاء رخ می دهد و جنبه دیگری از انعطاف پذیری این ماکرومولکول ها را نشان می دهد. حرکت و انعطاف پذیری در ماهیت پلیمری ماکرومولکول های بیولوژیکی ضروری مانند پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک ثبت شده است. به عنوان مثال، ساختارهای کاملاً مشخصی که توسط زنجیره پروتئینی طولانی تشکیل شده اند، توسط برهمکنش های غیرکووالانسی ضعیفی که یک چاه پتانسیل پیچیده را طراحی می کنند که در آن پروتئین شناور است، به طور دائمی بین چندین ریز یا ماکروترکیب در طیف وسیعی از فرکانس ها و آمپلی ها در نوسان است. آهنگ ها تحرک ذاتی بناهای زیست مولکولی ممکن است برای انطباق ساختار آنها با عملکردهای خاص بسیار مهم باشد. پیشرفت در روش‌های بررسی ساختارها و دینامیک ماکرومولکولی این فرضیه را نه تنها جذاب، بلکه بیشتر و بیشتر قابل آزمایش می‌کند.

From within complex structures of organisms and cells down to the molecular level, biological processes all involve movement. Muscular fibers slide on each other to activate the muscle, as polymerases do along nucleic acids for replicating and transcribing the genetic material. Cells move and organize themselves into organs by recognizing each other through macromolecular surface-specific interactions. These recognition processes involve the mu­ tual adaptation of structures that rely on their flexibility. All sorts of conformational changes occur in proteins involved in through-membrane signal transmission, showing another aspect of the flexibility of these macromolecules. The movement and flexibility are inscribed in the polymeric nature of essential biological macromolecules such as proteins and nucleic acids. For instance, the well-defined structures formed by the long protein chain are held together by weak noncovalent interac­ tions that design a complex potential well in which the protein floats, permanently fluctuating between several micro- or macroconformations in a wide range of frequencies and ampli­ tudes. The inherent mobility of biomolecular edifices may be crucial to the adaptation of their structures to particular functions. Progress in methods for investigating macromolecular structures and dynamics make this hypothesis not only attractive but more and more testable.