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如何发现蛋白质的力量

2023-05-20 03:46:55

轻气枪是一种笨重的装置,在我看来,它更像是车床而不是枪。


尽管外观笨重,这把枪可以以每秒 1.5 公里或大约 的速度发射炮弹,这几乎是子弹速度的两倍。


今天,它装上了一块比豌豆小一点的玄武岩,将用一种非常特殊的凝胶对其进行喷砂处理。


凝胶由蛋白 talin 制成——或者至少是一种经过精制和调整的蛋白质,使其具有非凡的吸收冲击的能力,正如我们即将发现的那样。


枪管里冒出浓烟,移走目标。经检查,凝胶被推了一下,但令人惊讶的是,它仍然完好无损。


重要的是凝胶后面的金属板没有损坏。如果没有凝胶,玄武岩会从板上撕下一大块。


由于独特的机械性能,talin可以吸收力。它的结构包括螺旋氨基酸——蛋白质的组成部分——形成束。当拉动束展开时,蛋白质的长度增加了 10 倍。


当压力释放时,纤维束会弹回到原来的位置,有点像弹簧。


研究踝关节的结构及其对力的反应方式,并提出了将踝关节制成减震材料的想法。


开发了一种将 talin 蛋白连接成格子的方法——就像一张网,具有几乎卡通般的拉伸和反弹能力。


自 2005 年以来,一直致力于研究talin的力学性能及其结构,这是一项漫长的工作。


这并不容易。我们六个人组成的团队用了四年多的时间来研究踝关节的蛋白质结构,又用了四年的时间来研究踝关节如何对力做出反应。


蛋白质是难以破译的复杂分子。它们由氨基酸链组成,有点像串珠。有 20 种不同的天然氨基酸(或珠子),因此它们的组合方式多得令人眼花缭乱。


传统上研究这些结构是使用电子显微镜和 X 射线晶体学完成的,这个过程可能需要数年时间。


但近年来,人工智能 (AI) 彻底改变了这一过程,预测了数亿种蛋白质的结构。


蛋白质通常通过与其他分子相互作用来发挥作用,目前只能预测蛋白质部分。


蛋白质是可以改变形式的动态分子。AI可以为研究人员提供静态图片,但无法对这些变化进行建模。


此外,科学家们可能还想从头开始设计蛋白质,以完成特定任务。


通过分解已知蛋白质然后逐步重新组装它们来训练。


使用 RF 扩散的科学家们决定了他们想要从一种新蛋白质中获得的特定特性——可能是某种化学反应的催化剂,或者是一种可以与特定目标结合的蛋白质。


他们可以将他们的要求输入 RF Diffusion,它会提出合适的蛋白质结构。

教授说:“我认为 RF 扩散与我们之前的相比是一个阶跃变化。”


设计解决这么多不同问题的蛋白质的潜力真的很大。


他们的想法是为更大的测试制作足够的减震凝胶。科学家认为,有一天他们的凝胶可能会减少当今防弹板中重陶瓷的用量。


目前,仍然对他们的蛋白质凝胶如何结合在一起感到惊奇。


这是一个美丽的过程,它的自发性,以及所有这些分子可以聚集在一起形成那些纤维网络的事实。





源:BBC

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