UMass Amherst团队为肌肉制造人工能量

马萨诸塞州阿默斯特——化学家和人体运动学家乘坐公共汽车，但这不是开玩笑。相反，这位运动员、第一作者内德德博尔德和化学家达达尼文卡塔拉曼(Dhandapani Venkataraman)“DV”在去马萨诸塞州阿默斯特大学的公共汽车通勤途中开始交谈，发现他们对如何将能量从一种形式转换为另一种形式很感兴趣——对德博尔德来说，是肌肉组织和太阳能电池中的DV。

德伯德告诉化学家，研究人员一直在寻找替代能源，以取代人体常用的一种叫做三磷酸腺苷(ATP)的分子。这些来源可以控制肌肉活动，并可能导致新的肌肉痉挛平静疗法，如脑瘫，或激活或增强多发性硬化、肌萎缩侧索硬化和慢性心力衰竭的骨骼肌功能。

生理学家德博尔德说，所有这些东西都使人极度虚弱，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所指出的，寻找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，直到看起来值得跟进——经典的“大海捞针”方法。他说，“我曾经向奈德建议，‘我们为什么不自己做针呢？’这让我们开始了这个有趣的项目，它把那些永远不能一起工作的人聚集在一起。"

很快，他们发现他们需要有人来模拟DV制造的分子和Debold使用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：“我们做了计算机建模，因为实验上很难知道DV合成的分子会如何产生肌球蛋白。我们可以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会发挥一定的作用。这不仅可以提供关于肌球蛋白如何与当前化合物相互作用的见解，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》报道，他们制造了一系列合成化合物，作为肌肉蛋白肌球蛋白的替代能源，肌球蛋白可以利用这种新能源产生力量和速度。德博实验室的Mike Woodward是他们论文的第一作者，陈实验室的Xiaoxiao Liu进行了计算机模拟。

通过使用不同的异构体——原子排列不同的分子——它们可以“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运动功能提供一种简单有效的方法。使用了新的ATP替代物的三种异构体，这表明肌球蛋白产生的力量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机械化学循环的不同步骤而发挥内在的控制作用。”

DV回忆说：“我的实验室以前从未制造过这样的化合物，我们必须学习新的化学方法；我的学生埃里克奥斯特兰德从事合成工作。”他补充说，新的化学包括将三个磷酸基团连接到光敏分子偶氮苯上，这使得研究人员现在称之为偶氮苯三磷酸。

德博尔德说，这三个人的下一阶段将是绘制肌球蛋白生化循环各阶段的过程图。“在肌肉研究领域，我们仍然没有完全理解肌球蛋白是如何将食物中的能量转化为机械功的。这是理解肌肉如何收缩的核心问题。通过为肌球蛋白提供精心设计的替代能源，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，我们很可能会揭示解决许多肌肉相关疾病的新目标和新方法。”