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研究人员探测蛋白质多样性

蛋白质组成了一个多种多样的分子,在从催化反应到帮助对抗感染到通过身体输送氧气等各个方面发挥着关键作用。现在,哈佛科学家们开始为这种多样性的驱动因素提供答案。在化学和化学生物学教授Eugene Shakhnovich和Shakhnovich实验室的研究生Amy Gilson的带领下,研究人员发现蛋白质的稳定性在不同蛋白质结构的进化中起着重要作用。该研究还表明,蛋白质的多样性很可能是从少数祖先进化而来的。

研究人员探测蛋白质多样性

“我们在本文中讨论了两个基本问题。一个是我们看到的所有多样性是从少数祖先进化还是这些结构是如何融合的,”Gilson说,他是化学物理学博士候选人。文理学研究生院。她说,第二个问题是为什么具有不同序列的蛋白质倾向于采用相同的结构 - 直到某一点。

毫不奇怪,具有相同序列的蛋白质具有相同的结构。吉尔森说,令人惊讶的是,只有30%序列的蛋白质仍采用相同的结构。低于该阈值,所有投注均已关闭。“这就是本文的全部内容,”沙克诺维奇说。“我们想要做的是理解并解释这种现象的原因,因为除了奇怪之外,它对我们如何模拟蛋白质结构有很大的影响。如果我们知道相似的序列是什么,那么我们就能理解你什么时候能够成功当你可以预料到建模失败时。“

为了理解为什么30%标记是重要的,Gilson和Shakhnovich采取了一个不寻常的步骤 - 而不是按家族或功能对蛋白质进行分组,他们根据热力学稳定性对它们进行分组。“我们看到的是,对于最稳定的蛋白质来说存在很强的阈值,但它对于不稳定的蛋白质来说更加温和,”Gilson说。“这表明稳定性对于结构演变很重要。”

“这个想法是非常稳定的蛋白质稳定是有原因的,”Shakhnovich补充说。“如果你开始捣乱他们,这可能会伤害有机体,所以他们有强烈的选择来维持这种稳定性......这限制了他们改变结构的能力。”

他说,不太稳定的蛋白质面临的限制要少得多,因此即使变化影响其稳定性,也更容易改变其结构。稳定蛋白质保持稳定的压力在其进化中创造了一个门槛。

“在我们使用的计算模型中,蛋白质最初是稳定的,当它们开始发散时,一些保持稳定,但对于其他人来说,它并不那么重要,因为它们在稳定性的进化选择方面较弱,”Shakhnovich说。“但是保持稳定的蛋白质,他们非常保守地运动 - 他们没有改变结构的奢侈品,因为它会失去稳定性。”

Shakhnovich说,了解阈值如何影响蛋白质结构的进化不仅是一个基本的科学问题,而且因为它对同源建模具有广泛的意义,科学家用它来理解蛋白质结构。

“理想情况下,科学家希望能够做的是,根据其序列确定蛋白质的结构,”吉尔森说。“我们还没有能够做到这一点,所以我们使用同源建模。所以如果有一种你感兴趣的蛋白质,你知道序列但不知道结构,你可以通过以下方法建立一个结构模型:将它模板化为具有相似序列和已知结构的蛋白质。“

Shakhnovich说,从那里,研究人员可以专注于以更系统的方式对差异进行建模。

Shakhnovich说,除了提供关于生物学中一个基本问题的关键见解之外,该研究还充分说明了蛋白质的物理特性与生物体的进化适应性之间的联系。

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