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新的统计研究发现蛋白质进化和热变异之间存在联系

硬件 时间:2021-10-23 21:00:05

最近的一项统计研究揭示了蛋白质结构和功能进化中的一些制约因素和方向。更好的蛋白质结构动力学模型可能使研究人员能够更多地了解活生物体中的这一基本奥秘。

蛋白质具有物质运输、免疫和催化等基本功能。蛋白质的各种功能在进化过程中逐渐进化。

由于热噪声或原子的随机运动,蛋白质在执行其功能时会改变其结构。这些动态通常在短时间内发生,从微秒(百万分之一秒)到毫秒(千分之一秒)。同时,基因突变也可能导致蛋白质结构的变异,从而导致蛋白质的进化。这样一个进化过程一代又一代地发生,相当于更长的时间尺度。

“有趣的是,虽然是两个完全不同的过程,但蛋白质的动力学和进化有许多相似之处。然而,定量验证并不容易,而且这种关系的理论起源以前尚未阐明,”钱元堂博士说。,这篇文章发表在《物理评论快报》上,同时也是东京大学的一位博士后研究员。唐目前是日本理研脑科学中心的研究科学家。

在最近发表的研究中,来自东京大学复杂系统生物学研究中心的理论生物学专家唐和Kunihiko Kaneko教授分析了科学数据库中数十万蛋白质的结构。这些蛋白质可以根据其结构相似性分为不同的组。同一组中的蛋白质通常是不同动物物种中的同一种蛋白质。例如,人类、大鼠和鱼类携带铁的血液蛋白质血红蛋白将属于同一组。组内的结构变化反映了蛋白质的结构进化。进一步的分析表明,进化过程中发生的结构变化与蛋白质功能动力学中发生的结构变化具有相同的模式。

“我们发现的是热噪声引起的变形和突变引起的变形之间的联系,”唐说。

Kaneko说:“动力学和进化之间的这种对应关系是由于热波动和突变导致的蛋白质结构变化具有相同的约束条件。”。

这些限制导致蛋白质功能运动和结构进化方向之间的密切关系。这种限制的出现可以用这样一个事实来解释,即蛋白质结构必须抵抗热噪声和基因突变,但也必须足够敏感才能发挥功能。

更好地理解这种对应关系可以为理解蛋白质的功能行为和分析其进化约束提供一种统一的方法。这些结果也为功能性生活系统和人工智能系统的设计提供了新的视角。

标签: #硬件

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