AI 中文总结
研究通过二维晶格蛋白质模型，发现合适温度下仅经功能选择的高适应度序列可自发形成类漏斗形能量景观，证明可折叠蛋白是维持功能的热力学结果。
AI 中文摘要
蛋白质通过折叠成特定的天然结构来执行生物学功能，这些结构由进化塑造的类漏斗形能量景观所稳定。我们研究这种可折叠蛋白质是否仅能通过对功能的选择而产生，无需直接选择可折叠性。使用具有四种氨基酸类型的二维晶格蛋白质模型，我们将蛋白质功能定义为在环境温度$T$下形成活性位点的规定局部结构的平衡概率，并将该概率作为进化适应度。通过多重正则蒙特卡罗方法采样覆盖整个适应度范围的氨基酸序列，并从平衡构象系综构建它们的能量和自由能景观。我们发现，仅在合适的环境温度范围内，高适应度序列会自发获得类漏斗形能量景观，尽管适应度定义中从未包含可折叠性。此外，高适应度序列仅由有限数量的天然构象支撑。相比之下，在低温下，高适应度序列呈现出崎岖的类玻璃态能量景观，且结构多样性大得多。这些结果表明，可折叠蛋白质不必是进化的直接目标，而是在热波动下维持功能的热力学结果，其中局部功能约束组织全局折叠并产生类漏斗形能量景观。
英文摘要
Foldable proteins exhibit funnel-like energy landscapes, but their evolution under selection for function remains unclear. We study this in a lattice protein model, defining fitness as the equilibrium probability of a fixed active-site motif and using multicanonical sequence sampling. At intermediate temperature, rare high-fitness sequences show funnel-like energy and double-well free-energy landscapes. At very low temperature, abundant high-fitness sequences retain glass-like landscapes. Thus, thermal fluctuations turn a local functional requirement into a global structural constraint.
Comments11 pages, 9 figures (including supplemantal materials)
