Programming the Kinetics of Chemical Communication: Induced Fit vs Conformational Selection
Notice bibliographique
Résumé
Life on Earth depends on chemical communication and the ability of biomolecular switches to integrate various chemical signals that trigger their activation or deactivation over time scales ranging from microseconds to days. The ability to similarly program and control the kinetics of artificial switches would greatly assist the design and optimization of future chemical and nanotechnological systems. Two distinct structure-switching mechanisms are typically employed by biomolecular switches: induced fit (IF) and conformational selection (CS). Despite 60 years of experimental and theoretical investigations, the kinetic and evolutive advantages of these two mechanisms remain unclear. Here, we have created a simple modular DNA switch that can operate through both mechanisms and be easily tuned and adapted to characterize its thermodynamic and kinetic parameters. We show that the fastest activation rate of a switch occurs when the ligand is able to bind its inactive conformation (IF). In contrast, we show that when the ligand can only bind the active conformation of the switch (CS), its activation rate can be easily programmed over many orders of magnitude by a simple tuning of its conformational equilibrium. We demonstrate the programming ability of both these mechanisms by designing a drug delivery vessel that can be programmed to release a drug over different time scales (>1000-fold). Overall, these findings provide a programmable strategy to optimize the kinetics of molecular systems and nanomachines while also illustrating how evolution may have taken advantage of IF and CS mechanisms to optimize the kinetics of biomolecular switches.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».