作者:张佳欣 来源:科技日报 发布时间:2024/5/21 11:51:14
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数据变为声音,聆听氢键“奏鸣”
科学家揭示蛋白质折叠构象过程

 

据发表在20日《美国国家科学院院刊》上的一项最新研究,美国科学家通过将数据转换为声音,揭示了氢键是如何在极短时间内促成蛋白质构象,并将氨基酸转化为功能性折叠蛋白质的过程,为研究蛋白质从未折叠状态到折叠状态时发生的氢键事件序列提供了独特视角。

为更好了解蛋白质折叠是如何进行的,科学家必须首先确定一串氨基酸如何在细胞的水环境中转变为最终形式。这一变化过程其实发生得非常快,大约在70纳秒到2微秒之间。

氢键的本质是半径小又带正电的氢原子靠得很近时所产生的吸引力。这种相对较弱的吸引力能将蛋白质中不同氨基酸上的原子排列在一起。折叠蛋白质将在其内部形成氢键,也与其周围的水分子形成一系列氢键。在此过程中,蛋白质会不断尝试不同的构象,这些构象都是蛋白质在形成最终3D结构过程中的“中间形态”。在达成最终构象途中,蛋白质有时会进入“死胡同”,然后它会倒退,直到偶然发现另一条路。

为此,研究人员想到将数据声音化。这是一种将分子数据转换为声音的方法,这样他们就可以“听到”氢键的形成。他们编写了一个软件程序,为每个氢键分配一个独特的音调。如果出现正确的氢键形成条件,则软件程序播放与过程对应的音调。总而言之,该程序按顺序跟踪了数十万个单独的氢键形成过程。

大量研究表明,音频在人脑中的处理速度大约是视觉数据的2倍,而且与用视觉表示的相同序列相比,人类能够更好地检测和记住一系列声音中的细微差异。

研究人员表示,将水分子包括在模拟和氢键分析中是理解这一过程的关键。通过声学实验,他们真正了解了水分子是如何进入蛋白质正确位置,以及它们如何帮助蛋白质改变构象,最终使其完成折叠的。

伊利诺伊大学香槟分校化学教授马丁·格鲁贝莱与作曲家兼软件开发商卡拉·斯卡莱蒂共同领导了这项新研究。
图片来源:弗雷德·兹威基摄/美国科学促进会优瑞科网站

 
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