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研究人员发现在蛋白质合成过程中形成机械力的特征

2019-03-06 10:13:05 • 来源：

像任何装配线一样，身体的蛋白质构建过程产生机械力，因为它产生这些重要的细胞构建块。现在，一组研究人员表示他们距离理解这种力量还有一步之遥。他们还建立了一个数学模型，以帮助指导科学家未来调查身体如何产生蛋白质。

研究人员发现在蛋白质合成过程中形成机械力的特征

“在过去的五年中，已经通过实验发现，当蛋白质在其合成过程中自组装并折叠成三维结构时，可以产生机械力，从而改变蛋白质合成的速度，”Edward O'说。布里恩，宾夕法尼亚州立大学化学助理教授和网络科学研究所共同雇用。“在这项研究之前，未知的是蛋白质折叠的特征决定了机械力的强度。重要的是要了解影响这台机器工作速度的因素，因为速度已被证明可以确定蛋白质的功能，结构和行为在细胞中。“

用于制造组织，骨骼和肌肉的蛋白质由核糖体合成，核糖体是一种分子机器，其目的是将信使RNA或mRNA中包含的遗传信息转换成蛋白质。核糖体沿mRNA移动，读取其中包含的代码并添加与延伸蛋白链的连接，其通过窄管离开核糖体。最终，这个过程将未折叠的蛋白质拼接在一起，一旦它离开管子，就会开始复杂的折叠过程，从而形成三维形状。

根据O'Brien的说法，蛋白质的形状或拓扑结构及其稳定性以及平移速度决定了折叠过程产生的机械力。他补充说，新生蛋白质在此过程中所经过的距离实际上非常大，至少与化学反应的微小世界的尺寸相比。

“当蛋白质被合成时，它通过一个狭长的通道或管子出现，长度约为10纳米，直径为1.5纳米，”奥布莱恩说。“蛋白质不会在该管内折叠，但随着新生链从管中出现，它开始折叠。对我们和社区来说，有趣的是这种力传递超过10纳米，这是很长的比较与分子长度尺度相比，化学键的长度约为0.1纳米。“

奥布莱恩说，这种机械力可以提供反馈并改变合成发生的速度。

宾夕法尼亚州立大学化学博士候选人，该论文的第一作者Sarah Leininger说，该团队使用了大量的计算机资源进行这项研究，该研究于今天(3月1日)在线发表在“ 美国国家科学院院刊”上。她补充说，该团队使用了大约500万计算机时间来获得研究结果，并创建了类似于电影的合成过程的模拟。

O'Brien说，由于模拟蛋白质合成复杂性所需的计算能力，团队使用了一个模拟模型，帮助他们准确地估计过程。

“这些模拟主要是分子动态模拟，使我们可以模拟系统随时间的演变，”奥布莱恩说。“我们模型的关键方面是我们使用粗粒度模拟，其中我们不代表每个原子，但我们近似并描述原子组，将它们分组到我们模拟中的一个交互位点。这可以让我们模拟更长的时间缩放并能够建模我们无法模拟的过程。“

模拟 - 以及描述模拟的研究人员设计的方程式 - 可以帮助节省研究蛋白质合成的科学家的时间和金钱。例如，科学家可以在几秒钟内在笔记本电脑上进行计算，而不是在超级计算机上进行昂贵的实验或数月的模拟。

奥布莱恩说：“这使我们能做的事情 - 以及其他科学家所做的 - 没有进行昂贵的模拟，甚至没有进行实验，他们可以合理地估计会发生什么。”

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