konformationsflöden

Konformationsflöden är ett begrepp inom molekylär dynamik som beskriver hur populationen av molekylära konformationer förändras över tid och hur övergångarna mellan olika konformationer fördelas. I en modell där varje konformation utgör ett tillstånd kan övergångarna mellan konformationerna beskrivas med hastighetskonstanter k_ij från konformation i till konformation j. Nettoflödet av sannolikhet mellan två konformationer i ett stationärt tillstånd definieras som J_ij = p_i k_ij − p_j k_ji, där p_i är sannolikheten att molekylen befinner sig i konformation i.

Vid termodynamisk jämvikt uppfylls detailed balance och nettoutbytet mellan konformationer är noll; här dominerar balanserade flöden över konstellationen. I icke-jämviktiga system, där energi eller arbete tillförs (till exempel genom ATP-hydrolys i biomolekyler eller ljusdrivna processer), uppkommer icke-noll konformationsflöden som kan leda till beständiga cykler eller riktningar i konformationslandskapet.

Metoder: konformationsflöden beräknas ofta med Markovkedjemodeller (MSM), där konformationsnätverket och övergångsantalser erhålls ur molekylär dynamik-simuleringar. Transition path theory används för att kvantifiera flöden mellan utvalda tillstånd; nettoutflöden mellan stater används för att identifiera mest sannolika vägar. Experimentellt kan flöden av konformationer infereras från kinetiska mätningar, NMR-relaxation eller single-molecule FRET.

Tillämpningar: kunskapen om konformationsflöden bidrar till förståelse av proteinveckning och allosteri, enzymkylning och läkemedelsdesign, samt i polymerfysik där flöden biaserar konformationsmönster och påverkar viskoelasticitet och sträckning.