UMass Amherst团队为肌肉制造人造能量

马萨诸塞州阿默斯特——化学家和运动学家坐公交车，但这不是开玩笑。相反，运动员、主要作者Ned Debold和化学家Dhandapani Venkataraman“DV”在去马萨诸塞州阿默斯特大学的公交车上开始谈论，并发现他们对能量如何从一种形式转换为另一种形式感兴趣——对Debold来说，这是肌肉组织和DV，在太阳能电池中。

告诉德博尔德的化学家们，研究人员一直在寻找替代能源来取代一种叫做三磷酸腺苷(ATP)的常见分子。这种来源可以控制肌肉活动，并可能导致新的肌肉痉挛镇静疗法如脑瘫，或激活或增强MS、ALS和慢性心力衰竭的骨骼肌功能。

肌肉生理学家德博尔德说，所有这些东西都使人变得极其虚弱，因为身体无法修复它们。它没有很好的机制来控制-抑制或增强-肌球蛋白功能，即驱动运动的分子马达。

正如DV指出的那样，发现新化合物的通常方法是系统地测试数百万人中的每一个人，直到它看起来值得跟进——这是经典的“大海捞针”方法。他说，“有一次我向奈德提议，‘我们为什么不自己做针？’这让我们开始了这个有趣的项目，它把以前永远不可能在一起工作的人聚集在一起。"

很快，两人发现他们需要有人模拟DV制作的分子与德布尔用于测试的肌球蛋白分子之间的相互作用。他们邀请了计算化学家陈。

陈解释说：“我们已经进行了计算机模拟，因为很难通过实验知道用DV合成的分子将如何产生肌球蛋白。我们可以利用计算机模拟，在分子水平上提供详细的图片，来理解为什么这些化合物可能有一定的作用。这不仅可以为肌球蛋白如何与当前化合物相互作用提供见解，还可以为DV设计能够更有效地改变肌球蛋白功能的新化合物提供路线图。”

研究人员本月在《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质肌球蛋白的替代能源，肌球蛋白可以利用这种新的能量产生力量和速度。德博实验室的Mike Woodward是他们论文的第一作者，陈实验室的刘潇潇进行了计算机模拟。

通过使用不同的异构体——原子来排列不同的分子——可以“有效地调节甚至抑制肌球蛋白的活性”，这表明改变异构体可能为控制分子的运动功能提供一种简单有效的方法。使用新的ATP替代物的三种异构体，表明肌球蛋白产生能力和运动能力可以显著改变。“通过将我们的实验结果与计算结果相关联，我们表明每种异构体通过影响肌球蛋白的机械化学循环的不同步骤发挥内在控制作用。”

DV回忆道，“我的实验室以前从未制造过这样的化合物，我们要学习新的化学方法；我的学生埃里克奥斯特兰德是搞合成的。”他补充说，新的化学包括将三个磷酸基团粘附到一个光敏分子偶氮苯上，这使得研究人员现在称之为偶氮苯三磷酸。

德博尔德说，三人的下一步将是绘制肌球蛋白生化循环中各阶段的过程图。“在肌肉研究领域，我们仍然不完全了解肌球蛋白如何将食物中的能量转化为机械功。这是理解肌肉如何收缩的核心问题。通过为肌球蛋白提供设计良好的替代能源，我们可以了解这种复杂分子运动的工作原理。在这个过程中，我们有可能揭示解决许多肌肉相关疾病的新颖目标和方法。”

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