Стартиране на солитони на Давидов в протеините

Биологичният ред, осигурен от протеиновите α-спирали, може да бъде използван от живите организми за повишаване на ефективността на транспорта на енергия. Самозахващането на енергийните амид I кванти чрез индуцирана фононна деформация на свързаната с водородни връзки решетка от пептидни групи генерира или статични, или движещи се вълни по модела на Давидов. Ефектът на фазово-синхронизираните гаусови импулси от амид I енергия обаче силно зависи от мястото на приложение. Подвижни солитони се стартират само когато амид I енергията е приложена в единия край на α-спиралата, докато статични солитони се произвеждат във вътрешността на α-спиралата.

В новата ни статия, публикувана в Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, ние описваме общ механизъм, който изстрелва движещи се солитони във вътрешността на протеиновите α-спирали чрез фазово-модулирани гаусови импулси от амид I енергия. По-специално, показваме, че движещи се солитони могат да бъдат пуснати на всяко място в протеина чрез ненулева фазова модулация (0 < |∆ω| < π/2) на приложения гаусов импулс от амид I енергия. Фазовата модулация би трябвало да възниква по естествен път, тъй като местата на хидролиза на АТФ имат различни разстояния до различни точки в близките протеинови α-спирали, а квантови пътища с различна дължина натрупват различна фаза според интегралния формализъм по траектории на Файнман. Следователно относителната ориентация и разстояние между мястото на хидролиза на АТФ и рецептивната протеинова α-спирала би трябвало да са достатъчни, за да могат протеините да контролират посоката и скоростта на генерираните солитони. Доказахме също, че ниските стойности на нелинейното екситон-фононно свързване, които иначе са под прага за образуване на солитони, могат да бъдат компенсирани с увеличен брой амид I кванти в енергийните импулси. По този начин, в ранните етапи на естествената еволюция, протеиновата функционалност чрез транспорт на солитони би могла да бъде постигната дори в среди, които дестабилизират α-спиралната вторична структура, но за сметка на по-високи енергийни потоци.

Стартиране на солитони