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揭示了蛋白质折叠的秘密

2019-05-23 13:49:59 行业热点80℃

  揭示了蛋白质折叠的秘密

  2007年9月18日

  由田纳西大学的生物物理学家杰里米·史密斯和橡树岭国家实验室(ORNL)领导的团队迈出了重要的一步,揭开了蛋白质如何折叠成独特的三维形状的神秘面纱。

  该团队使用ORNL的Cray XT4 Jaguar超级计算机以及意大利和德国的计算机系统,揭示了蛋白质折叠背后的驱动力,涉及其成分与水的相互作用方式。该团队的结果将在本周的版本中发布美国国家科学院院刊。

  蛋白质是身体的主力,承担着各种各样的任务。他们对抗感染,将食物转化为能量,复制DNA并催化化学反应。胰岛素是一种蛋白质,抗体和许多激素也是如此。

  科学家们仍然非常有兴趣破译蛋白质的工作原理。

  

  蛋白质是一串氨基酸,它的作用取决于它所采用的形状。该形状由氨基酸的序列决定。就像一块生物折纸一样,蛋白质将自身折叠成完成其工作所必需的形式。如果没有这种形状,蛋白质将毫无价值。

  “了解蛋白质折叠成独特的三维结构的机制是分子生物学的圣杯,”史密斯解释说,他是第一位UT-ORNL州长,并且是生物化学和分子生物学系的成员。 UT。

  “不幸的是,如果你给我蛋白质中的氨基酸结构单元序列,我不能告诉你结构是什么,”他说。 “如果我以前能够用电脑做到这一点,那么十几项诺贝尔奖项背后的工作 - 那些因蛋白质结构测定的实验工作而获奖的工作 - 是不必要的。”

  在称为肽的较小氨基酸链上工作,该组显示折叠主要取决于肽的部分如何与水相互作用。避开水的区域被认为是疏水的,团队的结果表明水润湿这些疏水区域的方式决定了肽的最终形状和行为。

  特别是,研究小组确定肽的小疏水区域(水分子的大小)在水中诱导的行为不同于较大的疏水区域,并且这种差异对于折叠是至关重要的。这种见解建立在加州大学伯克利分校的另一个团队的工作基础之上。

  史密斯说:“大卫钱德勒和他在伯克利的同事们有一个理论认为疏水性在不同长度尺度上有着质的不同。” “如果你的疏水分子或基团本身大小与水分子的大小差不多,那么水似乎不会被这些群体所困扰。但是当你得到多个水分子的疏水性实体时,水分子就会出现问题。它们不再能够在疏水表面上隐身,并且当它们从表面排斥时会产生去湿或干燥效果。

  相关故事脑卒中对恢复中风至关重要的科学家揭示了有助于生产健康细胞的生物过程高光蛋白和低热量饮食有助于老年人安全减肥,研究显示“我们的模拟表明,钱德勒的理论适用于多肽,而且,干燥效果决定了我们的肽采用的结构。它有点“干掉它然后折叠起来。”“

  史密斯表示,他的团队的成就是通过高性能计算实现的,并指出捷豹目前被评为全球第二大计算系统。史密斯还表示,他的团队需要越来越强大的超级计算机来进行额外的模拟。到目前为止,我们已经能够在肽的生命周期中模拟大约一微秒,它们最终必须能够将这个时间增加一千倍到几毫秒,并且模拟蛋白质是肽的10到100倍。

  史密斯解释说:“运行时间为几微秒,这对于模拟的肽来说是足够的。” “但是团队期待着在前进的过程中提高计算能力。所使用的技术是分子动力学模拟,它需要高性能的领导超级计算才能达到在计算机中折叠完整功能蛋白所需的时间和时间尺度。

  预计未来几年捷豹的能力将有所改善,我们很快就会接近这一目标。“

  史密斯明确表示,这一成就将成为该领域的一个分水岭。

  “当我们最终找到如何从序列中计算蛋白质结构时,”他说,“那么一场重大革命将会临到我们身上,因为我们将有进一步了解生物学和医学的基础,应用将会从理性设计药物到适应蛋白质结构中的裂缝,再到工程蛋白质形状,以及纳米技术和生物能源中的有用功能。“

  出处:http://www.tennessee.edu/

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