我們的生物過(guò)程依賴于通訊系統(tǒng)-細(xì)胞信號(hào)-觸發(fā)靶細(xì)胞內(nèi)和靶細(xì)胞之間的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)以產(chǎn)生反應(yīng)。這些通常復(fù)雜的通信的第一步是分子與細(xì)胞上或細(xì)胞內(nèi)的受體結(jié)合的瞬間，促使變化觸發(fā)可觸發(fā)在系統(tǒng)中傳播的更多信號(hào)。從食物品嘗和呼吸中的血液氧合作用到藥物治療，受體結(jié)合是釋放多種生物學(xué)功能和反應(yīng)的基本機(jī)制。

化學(xué)家凱文·普拉克斯科(Kevin Plaxco)實(shí)驗(yàn)室的UC圣塔芭芭拉分校的研究人員對(duì)生物分子受體的力學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣，這種生物分子受體在生物技術(shù)方面具有巨大的潛在應(yīng)用，包括生物傳感器的設(shè)計(jì)。在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上的一篇論文中，研究人員開(kāi)發(fā)了一種模塊化設(shè)計(jì)方法，用于調(diào)節(jié)生物分子受體結(jié)合的兩個(gè)重要且通常相反的方面：親和力和協(xié)同作用。

該研究的主要作者加布里埃爾·奧爾特加(Gabriel Ortega)表示：“合作性和親和力之間需要權(quán)衡。” 他補(bǔ)充說(shuō)，這種平衡行為本質(zhì)上很普遍。“如果改善系統(tǒng)的一個(gè)特性，則很可能會(huì)使另一個(gè)特性惡化。”

因此，它也具有協(xié)同作用，這種性質(zhì)與多結(jié)合位點(diǎn)受體對(duì)目標(biāo)分子濃度的微小變化作出反應(yīng)的能力有關(guān)。親和力也是如此，親和力是其結(jié)合受體所需的靶分子濃度，這與受體對(duì)最小濃度靶分子的敏感性有關(guān)。

大自然的開(kāi)關(guān)

奧爾特加解釋說(shuō)：“自然界希望對(duì)體內(nèi)發(fā)生的所有過(guò)程進(jìn)行非常嚴(yán)格的調(diào)節(jié)。” 為了做到這一點(diǎn)，我們的身體需要能夠區(qū)分靶分子濃度的微小變化，并且在進(jìn)行合作結(jié)合的情況下，對(duì)靶標(biāo)產(chǎn)生更劇烈，更“全有或全無(wú)”的反應(yīng)。濃度變化。

奧爾特加說(shuō)：“最典型的例子是血紅蛋白結(jié)合氧。” 這些蛋白質(zhì)由血細(xì)胞攜帶，具有四個(gè)氧結(jié)合位點(diǎn)，它們?cè)谘毫鹘?jīng)肺部時(shí)聚集。

第一個(gè)綁定事件具有最低的親和力。他說(shuō)：“它的作用就像一個(gè)看門人，它吸收了很多信號(hào)，但是一旦占據(jù)了較低的親和力，其他具有較高親和力的位點(diǎn)就更容易結(jié)合。” 他把它比作一個(gè)連接水池的系統(tǒng)，其中第一個(gè)水池最深，就像一個(gè)水池。一旦飽和，其余的幾乎立即充滿。

奧爾特加說(shuō)：“您希望血紅蛋白能夠在肺部時(shí)完全捕獲氧氣，然后在組織中時(shí)完全釋放氧氣。”他補(bǔ)充說(shuō)，許多生物過(guò)程都需要這種類似數(shù)字的反應(yīng)，其中受體會(huì)在信號(hào)提示的微小變化之間在幾乎完全激活或幾乎完全關(guān)閉之間穿梭。大腦和神經(jīng)細(xì)胞之間的信號(hào)以這種方式運(yùn)作，肌肉細(xì)胞也是如此。