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计算蛋白质设计利用非天然氨基酸

发布时间:2021-10-04 22:00:09

蛋白质是使所有生物发出嗡嗡声的分子机器。它们可以阻止致命的感染,治愈细胞,从太阳中获取能量等等。

根据生物体基因组中的说明,蛋白质是由一种称为氨基酸的化学结构单元串在一起形成的。然后,根据氨基酸之间的化学作用力,这些弦“折叠”,形成执行特定任务所需的复杂三维结构

荧光蛋白彻底改变了我们研究生物系统的能力。尽管有大量的荧光工具,一些基本的生物学过程,如蛋白质和代谢物之间的相互作用仍然难以研究。

亚利桑那州立大学分子科学学院的助理教授杰里米·米尔斯和他的团队以及生物设计研究所的分子设计和仿生学中心刚刚在《生物化学》杂志上发表了他们的研究成果,并提出了解决这一问题的新方案。

具体地说,他们使用自然界中未发现的荧光氨基酸来生成许多新的荧光蛋白,当它们与生物素(一种在许多代谢过程中非常重要的化合物)相互作用时,它们的发光特性会发生变化。

米尔斯说:“这项研究的一个重要方面是,产生了许多新蛋白质的原子级图像,提供了大量有关生物素结合如何改变蛋白质荧光性质的信息。”。“这一信息为开发新的荧光蛋白奠定了基础,这将有助于进一步研究荧光蛋白在生物系统研究中已经形成的遗产。”

“杰里米·米尔斯(Jeremy Mills)的蛋白质研究以杰出的学术成就和不懈的努力为代表,致力于取得有利于科学和社会的重大进展,”分子科学学院院长蒂亚娜·拉赫(Tijana Rajh)说。

这项研究涉及大量的工作,包括设计蛋白质结构和实验,纯化和结晶蛋白质以收集衍射数据。这些数据将用于未来旨在合理设计基于荧光蛋白的小分子结合或解离传感器的研究。

这项工作由美国国立卫生研究院(NIH)资助。研究项目补助金(R01)是NIH最初使用的也是历史上最古老的补助机制。该赠款的重点是开发新型荧光、基于蛋白质的工具,这些工具将广泛应用于生物系统的研究,而使用现有的荧光蛋白质是很难实现的。

尽管自然界制造蛋白质已有三十多亿年的历史,但可能的蛋白质数量却是天文数字:组装100种氨基酸的方式比宇宙中的原子还要多。多年来,科学家们一直试图根据蛋白质的氨基酸来预测蛋白质分子应该呈现的形状,但成效有限。目前的研究是理解如何利用蛋白质的力量来帮助指导未来合理设计新型荧光传感器的重要一步。

米尔斯还热衷于将他对科学的享受带给当地社区。他把自己对研究的热爱很大程度上归因于高中期间参加当地和国际级别的科学博览会。他尽可能担任亚利桑那州科学与工程博览会和国际科学与工程博览会的评委。他还经常演示使用蛋白质折叠软件FooDIT给公众,甚至开发了针对使用FoLDIT的基础观众的课程。

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