科技日報記者?張佳欣
據(jù)發(fā)表在20日《美國國家科學(xué)院院刊》上的一項最新研究，美國科學(xué)家通過將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為聲音，揭示了氫鍵是如何在極短時間內(nèi)促成蛋白質(zhì)構(gòu)象，并將氨基酸轉(zhuǎn)化為功能性折疊蛋白質(zhì)的過程，為研究蛋白質(zhì)從未折疊狀態(tài)到折疊狀態(tài)時發(fā)生的氫鍵事件序列提供了獨特視角。
為更好了解蛋白質(zhì)折疊是如何進行的，科學(xué)家必須首先確定一串氨基酸如何在細(xì)胞的水環(huán)境中轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K形式。這一變化過程其實發(fā)生得非常快，大約在70納秒到2微秒之間。
氫鍵的本質(zhì)是半徑小又帶正電的氫原子靠得很近時所產(chǎn)生的吸引力。這種相對較弱的吸引力能將蛋白質(zhì)中不同氨基酸上的原子排列在一起。折疊蛋白質(zhì)將在其內(nèi)部形成氫鍵，也與其周圍的水分子形成一系列氫鍵。在此過程中，蛋白質(zhì)會不斷嘗試不同的構(gòu)象，這些構(gòu)象都是蛋白質(zhì)在形成最終3D結(jié)構(gòu)過程中的“中間形態(tài)”。在達成最終構(gòu)象途中，蛋白質(zhì)有時會進入“死胡同”，然后它會倒退，直到偶然發(fā)現(xiàn)另一條路。
為此，研究人員想到將數(shù)據(jù)聲音化。這是一種將分子數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為聲音的方法，這樣他們就可以“聽到”氫鍵的形成。他們編寫了一個軟件程序，為每個氫鍵分配一個獨特的音調(diào)。如果出現(xiàn)正確的氫鍵形成條件，則軟件程序播放與過程對應(yīng)的音調(diào)?？偠灾?，該程序按順序跟蹤了數(shù)十萬個單獨的氫鍵形成過程。
大量研究表明，音頻在人腦中的處理速度大約是視覺數(shù)據(jù)的2倍，而且與用視覺表示的相同序列相比，人類能夠更好地檢測和記住一系列聲音中的細(xì)微差異。
研究人員表示，將水分子包括在模擬和氫鍵分析中是理解這一過程的關(guān)鍵。通過聲學(xué)實驗，他們真正了解了水分子是如何進入蛋白質(zhì)正確位置，以及它們?nèi)绾螏椭鞍踪|(zhì)改變構(gòu)象，最終使其完成折疊的。
伊利諾伊大學(xué)香檳分?；瘜W(xué)教授馬丁·格魯貝萊與作曲家兼軟件開發(fā)商卡拉·斯卡萊蒂共同領(lǐng)導(dǎo)了這項新研究。
圖片來源：弗雷德·茲威基攝/美國科學(xué)促進會優(yōu)瑞科網(wǎng)站
總編輯圈點：
氫鍵，一種靜電作用，一種特殊的分子間作用力。氫鍵在維持蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)中扮演重要角色。許多有趣甚至難以理解的現(xiàn)象，都可以歸功于氫鍵的存在，比如冰作為一種固體，密度卻比液態(tài)水小?？蒲腥藛T想了許多方法來研究氫鍵，這一次，他們想到了數(shù)據(jù)聲音化。因為，人對聲音信息的處理速度更快。于是，我們可以在不同的音調(diào)中了解蛋白質(zhì)如何折疊，又如何在其內(nèi)部形成氫鍵。將可見過程轉(zhuǎn)化為可聽過程，確實是一種有趣的研究思路。
