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Science子刊:理解蛋白质动力学(xue)和细胞过程调控的新方法

【字体: 时间:2021年09月13日 来源:Science Advances

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  巴塞(sai)罗那IRB的科学家提出了一种基于联合进化信息、多尺度分子(zi)模拟和自由能方法(fa)(fa)的新(xin)方法(fa)(fa)。该研究描述了腺苷酸环化酶(mei)的一个非(fei)常(chang)简单的开(kai)关(guan)调节,腺苷酸环化酶(mei)是调节许多细胞过程的关(guan)键酶(mei)。

  
   

Coevolution    

图像:共同进化推动(dong)了生物分(fen)子调控(kong)功能空(kong)间的探索。

资(zi)料来源:Francesco Colizzi (IRB巴塞罗那(nei))

细胞(bao)(bao)过(guo)程是通过(guo)不同(tong)蛋(dan)(dan)白(bai)质(zhi)(zhi)形(xing)状之间的(de)平(ping)衡来调(diao)节的(de),这些蛋(dan)(dan)白(bai)质(zhi)(zhi)形(xing)状赋(fu)予这些分(fen)子有活性或(huo)无活性的(de)功能(neng)。在细胞(bao)(bao)调(diao)控的(de)复杂性中,蛋(dan)(dan)白(bai)质(zhi)(zhi)的(de)首选形(xing)状(或(huo)构象)往往取决于与另一个分(fen)子(称(cheng)为效应(ying)体(ti))的(de)结合,因此,这意味着同(tong)一蛋(dan)(dan)白(bai)质(zhi)(zhi)可以根据(ju)它所(suo)结合的(de)效应(ying)体(ti)发(fa)挥不同(tong)的(de)功能(neng)。因此,在分(fen)子水平(ping)上,蛋(dan)(dan)白(bai)质(zhi)(zhi)功能(neng)转化为蛋(dan)(dan)白(bai)质(zhi)(zhi)动力学,这是从(cong)细胞(bao)(bao)分(fen)裂到能(neng)量供(gong)应(ying)和(he)细胞(bao)(bao)命运决定的(de)所(suo)有细胞(bao)(bao)过(guo)程发(fa)展的(de)关(guan)键(jian)。

由Modesto Orozco博士领导(dao)的(de)(de)(de)巴塞罗那IRB分子(zi)建模(mo)和生(sheng)物信息学(xue)实验室的(de)(de)(de)研(yan)究人(ren)员开发了(le)一种新的(de)(de)(de)计算程(cheng)(cheng)序,可以发现和量化功能性蛋(dan)白(bai)质(zhi)的(de)(de)(de)形状,从而揭(jie)示细胞过程(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)分子(zi)细节(jie)。这(zhei)项工(gong)作的(de)(de)(de)重点是(shi)在变(bian)构(gou)调控(kong)下的(de)(de)(de)蛋(dan)白(bai)质(zhi),这(zhei)意味着它们(men)的(de)(de)(de)形状变(bian)化发生(sheng)在远(yuan)离效应(ying)的(de)(de)(de)结合位点的(de)(de)(de)区(qu)域。

利(li)用这种(zhong)方法,科(ke)学(xue)家们(men)研究了(le)腺(xian)苷酸环化酶(AC)的(de)调(diao)节,AC是一种(zhong)关键酶,参与控(kong)制(zhi)多种(zhong)细(xi)胞(bao)过(guo)程,包括调(diao)节多种(zhong)激素的(de)作(zuo)用和(he)调(diao)节能(neng)量代谢(xie)。这项(xiang)工作(zuo)揭示了(le)交(jiao)流功能(neng)动力(li)学(xue)的(de)一个(ge)惊人的(de)简单的(de)开/关调(diao)节。

Orozco博(bo)士解(jie)释(shi)说:“我(wo)们提出的(de)(de)方法可以(yi)用(yong)来(lai)更(geng)好地理(li)解(jie)在变构调(diao)节(其中大(da)部分)下(xia)的(de)(de)任何细胞通路的(de)(de)调(diao)节过程,并对制药和生物(wu)技术(shu)应用(yong)具有深远的(de)(de)影(ying)响。”也是(shi)巴塞罗那大(da)学(xue)生物(wu)学(xue)院(yuan)的(de)(de)高级教授。

基于之前关于共同进化信息的研究

新提(ti)出的(de)(de)(de)方法是基于分子建(jian)模和生物信(xin)(xin)息(xi)学实(shi)验室以前(qian)的(de)(de)(de)工(gong)作,专注(zhu)于共同(tong)进化(hua)信(xin)(xin)息(xi)。多序列比对可以用(yong)来跟踪蛋白质的(de)(de)(de)进化(hua)史,并可以检(jian)测到共同(tong)进化(hua)的(de)(de)(de)氨基酸位置,然(ran)后利用(yong)这些信(xin)(xin)息(xi)来搜(sou)索(suo)天然(ran)的(de)(de)(de)和替代的(de)(de)(de)蛋白质结构。

这项研(yan)究的(de)(de)第(di)一作(zuo)者(zhe)Francesco Colizzi博士(shi)说:“我(wo)们(men)的(de)(de)工作(zuo)利用共同进(jin)化信息来降低蛋白(bai)质调控中所有可能形(xing)状(zhuang)的(de)(de)复(fu)杂(za)性(xing),从(cong)而减少噪音(yin),并将我(wo)们(men)的(de)(de)注意力集(ji)中在少数功能形(xing)状(zhuang)上,这样我(wo)们(men)就可以(yi)量化这些(xie)形(xing)状(zhuang)。”

DOI

Probing allosteric regulations with coevolution-driven molecular simulations


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