美科學(xué)研究預(yù)測(cè)人體蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)
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利用高性能的計(jì)算機(jī)和先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室磁共振技術(shù)，佛羅里達(dá)州立大學(xué)的生物物理化學(xué)家開發(fā)了一系列新技術(shù)可幫助科學(xué)家研究和預(yù)測(cè)人體蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)。這一創(chuàng)新將最終推動(dòng)研究人員在更短的時(shí)間揭示人體健康條件下的生物醫(yī)學(xué)機(jī)制，開發(fā)出新的高效藥物。論文發(fā)表在德國(guó)的《應(yīng)用化學(xué)》雜志上。
“這些新技術(shù)使我們能夠更準(zhǔn)確地了解各個(gè)水平蛋白質(zhì)的行為和功能，掌握酶的作用機(jī)理，從而開發(fā)出與特定蛋白質(zhì)結(jié)合的藥物，”佛羅里達(dá)州立大學(xué)化學(xué)和生物化學(xué)系教授、國(guó)家高磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室生物物理學(xué)副主任Rafael Brüschweiler說道。
人體中有成千上萬種不同的蛋白質(zhì)，對(duì)這些蛋白質(zhì)進(jìn)行分析是相當(dāng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的工作?？茖W(xué)家一直盼望能開發(fā)出新的技術(shù)，簡(jiǎn)化研究人員對(duì)這些蛋白質(zhì)的分析和理解。
在過去的幾年里，Brüschweiler和他的同事們致力于將兩種有力的工具整合在一起，相互互補(bǔ)，用于提供蛋白質(zhì)在原子水平上的結(jié)構(gòu)及動(dòng)力學(xué)信息。研究人員首先利用核磁共振技術(shù)(NMR)對(duì)特定的蛋白進(jìn)行分析并獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。接下來，Brüschweiler利用高性能的計(jì)算機(jī)驗(yàn)證核磁共振數(shù)據(jù)，從而預(yù)測(cè)出蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)及特征。
計(jì)算結(jié)果嚴(yán)格取決于蛋白質(zhì)“能量圖譜”的形狀——即生理?xiàng)l件下蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象。由于提高能量圖譜的特征是一個(gè)困難且費(fèi)時(shí)的工作，因而對(duì)一個(gè)蛋白質(zhì)進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬通常要花費(fèi)幾個(gè)月的時(shí)間?，F(xiàn)在利用佛羅里達(dá)州大學(xué)計(jì)算機(jī)中心的高性能計(jì)算機(jī)，Brüschweiler和他的科研小組僅用了少量的時(shí)間就完成了數(shù)據(jù)分析。
Brüschweiler和他的博士后李大偉(音譯，Da-Wei LI)將高性能計(jì)算機(jī)與磁共振數(shù)據(jù)相結(jié)合，采用這種方法不僅有效而且可直接對(duì)完整蛋白質(zhì)進(jìn)行分析。
“新方法顯著提高了我們的計(jì)算量，這對(duì)于我們對(duì)蛋白質(zhì)功能進(jìn)行預(yù)測(cè)是相當(dāng)關(guān)鍵的，”Brüschweiler說： “隨著計(jì)算機(jī)功能日益強(qiáng)大，其必然將廣泛地運(yùn)用到蛋白質(zhì)分析中。同時(shí)我們還需要定量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)，這就要求將計(jì)算機(jī)與磁共振技術(shù)結(jié)合起來。”
“這是我們從事多年研究所獲得的成果，我們對(duì)取得的進(jìn)展感到非常興奮，”Brüschweiler說：“這是一項(xiàng)相當(dāng)基礎(chǔ)的研究，可用于在分子水平上對(duì)生命進(jìn)行了解。它為世界各地的科學(xué)家們獲得更多的研究進(jìn)展提供了無限可能。”
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