揭示蛋白质的内在生活

蛋白质是生命的分子。他们化学程序由氨基酸序列折叠成高度有组织的构象,支撑所有的生物结构(如毛发、鳞片)和功能(如酶、抗体)。理解sequence-structure-function陷入“蛋白质折叠问题”是一个伟大的,在物理化学尚未解决的问题,是不可估量的科学价值的揭露生活的内部运作和分子机器的合理设计。

“这项工作奠定了基础恢复蛋白质折叠景观直接从实验数据,提供了一个新的理解和合理设计路线的蛋白质,”Andrew Ferguson解释说,材料科学和工程学副教授伊利诺伊大学香槟分校。“虽然我们仍然远离这一目标,我们对蛋白质折叠的理解是革命性的“新观点”,设想分子折叠构象搜索在一个表面的自由能。”

根据弗格森,单分子表面自由能编码所有的热力学和通路的折叠,决定蛋白质的结构和动力学。景观上的每个点对应于一个类似的蛋白质构象,和景观的高度规定他们的稳定。物理化学的一个关键目标是确定分子折叠风景。

“分子折叠风景可以从长计算机模拟中推断出分子中所有原子的位置是已知的,”王说,研究生研究助理,这篇论文的第一作者。

“实验技术,如单分子福斯特共振能量转移(FRET)可以测量距离covalently-grafted荧光染料分子轨道的大小分子作为时间的函数,但它迄今为止不可能重建折叠漏斗从实验测量单一的粗粒度的可见,”弗格森爵士解释说。“在这项工作中,我们综合非线性机器学习和统计热力学与塔肯斯定理从动力系统理论在计算机模拟演示的疏水性聚合物链可以确定分子折叠景观单一时间序列的experimentally-accessible可见。”

”与灾后重建相关的信息损失从一个可观测意味着重建漏斗的地形可能摄动,自由能的高度和深度高峰和低谷可能改变——但它忠实地保留真实的拓扑漏斗——位置、连续性、分子构型和连通性,”王说。”这意味着折叠漏斗确定的测量,在这种情况下,头部到尾部距离链的几何和拓扑相同,包含完全相同的分子状态和过渡路径计算的知识的所有原子位置,”弗格森说。

“我们非常兴奋的理想化的原则证明聚合物链的计算机模拟,和目前正在努力扩展我们的分析模拟生物现实的肽和蛋白质,与单分子生物物理学家和合作伙伴,我们的技术应用于实验测量的蛋白质,”弗格森说。