科技日?qǐng)?bào)記者?張佳欣

據(jù)發(fā)表在20日《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上的一項(xiàng)最新研究，美國(guó)科學(xué)家通過(guò)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為聲音，揭示了氫鍵是如何在極短時(shí)間內(nèi)促成蛋白質(zhì)構(gòu)象，并將氨基酸轉(zhuǎn)化為功能性折疊蛋白質(zhì)的過(guò)程，為研究蛋白質(zhì)從未折疊狀態(tài)到折疊狀態(tài)時(shí)發(fā)生的氫鍵事件序列提供了獨(dú)特視角。

為更好了解蛋白質(zhì)折疊是如何進(jìn)行的，科學(xué)家必須首先確定一串氨基酸如何在細(xì)胞的水環(huán)境中轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K形式。這一變化過(guò)程其實(shí)發(fā)生得非?？欤蠹s在70納秒到2微秒之間。

氫鍵的本質(zhì)是半徑小又帶正電的氫原子靠得很近時(shí)所產(chǎn)生的吸引力。這種相對(duì)較弱的吸引力能將蛋白質(zhì)中不同氨基酸上的原子排列在一起。折疊蛋白質(zhì)將在其內(nèi)部形成氫鍵，也與其周圍的水分子形成一系列氫鍵。在此過(guò)程中，蛋白質(zhì)會(huì)不斷嘗試不同的構(gòu)象，這些構(gòu)象都是蛋白質(zhì)在形成最終3D結(jié)構(gòu)過(guò)程中的“中間形態(tài)”。在達(dá)成最終構(gòu)象途中，蛋白質(zhì)有時(shí)會(huì)進(jìn)入“死胡同”，然后它會(huì)倒退，直到偶然發(fā)現(xiàn)另一條路。

為此，研究人員想到將數(shù)據(jù)聲音化。這是一種將分子數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為聲音的方法，這樣他們就可以“聽到”氫鍵的形成。他們編寫了一個(gè)軟件程序，為每個(gè)氫鍵分配一個(gè)獨(dú)特的音調(diào)。如果出現(xiàn)正確的氫鍵形成條件，則軟件程序播放與過(guò)程對(duì)應(yīng)的音調(diào)?？偠灾摮绦虬错樞蚋櫫藬?shù)十萬(wàn)個(gè)單獨(dú)的氫鍵形成過(guò)程。

大量研究表明，音頻在人腦中的處理速度大約是視覺數(shù)據(jù)的2倍，而且與用視覺表示的相同序列相比，人類能夠更好地檢測(cè)和記住一系列聲音中的細(xì)微差異。

研究人員表示，將水分子包括在模擬和氫鍵分析中是理解這一過(guò)程的關(guān)鍵。通過(guò)聲學(xué)實(shí)驗(yàn)，他們真正了解了水分子是如何進(jìn)入蛋白質(zhì)正確位置，以及它們?nèi)绾螏椭鞍踪|(zhì)改變構(gòu)象，最終使其完成折疊的。

伊利諾伊大學(xué)香檳分?；瘜W(xué)教授馬丁·格魯貝萊與作曲家兼軟件開發(fā)商卡拉·斯卡萊蒂共同領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)新研究。
圖片來(lái)源：弗雷德·茲威基攝/美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)優(yōu)瑞科網(wǎng)站

總編輯圈點(diǎn)：

氫鍵，一種靜電作用，一種特殊的分子間作用力。氫鍵在維持蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)中扮演重要角色。許多有趣甚至難以理解的現(xiàn)象，都可以歸功于氫鍵的存在，比如冰作為一種固體，密度卻比液態(tài)水小?？蒲腥藛T想了許多方法來(lái)研究氫鍵，這一次，他們想到了數(shù)據(jù)聲音化。因?yàn)椋藢?duì)聲音信息的處理速度更快。于是，我們可以在不同的音調(diào)中了解蛋白質(zhì)如何折疊，又如何在其內(nèi)部形成氫鍵。將可見過(guò)程轉(zhuǎn)化為可聽過(guò)程，確實(shí)是一種有趣的研究思路。