伊利诺伊大学香槟分校——科学家们通过将数据转化为声音，发明了氢键怎样促成将一串氨基酸转化为功效性折叠卵白质的快速旋转历程。他们的研究报告揭晓在《美国国家科学院院刊》上，为卵白质从未睁开状态到折叠状态的氢键事务序列提供了亘古未有的视角。
“卵白质必需准确折叠才华成为酶、信号分子，或者说成为我们体内肩负的种种功效的一部分。”向导这项新研究的伊利诺伊大学香槟分�；Ы淌诼矶�·格鲁贝勒说，他与作曲家兼软件开发者卡拉·斯卡莱蒂配合向导了这项研究。
过失折叠的卵白质会导致阿尔茨海默病、帕金森病、囊性纤维化等疾病。为了更好地明确这一历程中泛起问题的缘故原由，科学家们必需首先确定一串氨基酸在细胞水情形中怎样形态转酿成最终形态。现实的转变爆发得非�？�，“在70纳秒到2微秒之间”，格鲁贝勒说。
氢键是相对较弱的吸引力，将位于卵白质差别氨基酸上的原子排列在一起。折叠卵白质会在内部形成一系列氢键，并与周围的水分子爆发作用。在这个历程中，卵白质会摆动成无数潜在的中心构象，有时会陷入僵局并倒退，直到它恰巧找到另一条蹊径。
研究职员希望绘制卵白质折叠时爆发的氢键的时间序列。但他们的可视化无法捕获到这些重大的事务。
“在从睁开状态到折叠状态的短暂历程中，会爆发数以万计的这种与水分子的相互作用，”格鲁贝勒说。
因此，研究职员转向了数据声音化，这是一种将分子数据转换为声音的要领，以便他们能够“听到”氢键的形成。为此，斯卡莱蒂编写了一个软件程序，为每个氢键分派了一个奇异的音调。分子模拟天生了基本数据，显示了两个原子何时何地处于准确的空间位置，并且相互足够靠近以形成氢键。若是形成了氢键的准确条件，软件程序就会播放与该键对应的音调。总的来说，该程序按顺序跟踪了数十万个单独的氢键事务。
许多研究批注，人类大脑处置惩罚音频的速率约莫是处置惩罚视觉数据的两倍，人们更能够检测和记着一系列声音的细微差别，而不是若是相同的序列以视觉形式泛起的话，斯卡莱蒂说。
“在sunbet听觉系统中，我们真的很是敏感于频率的小差别，”她说。“我们使用频率和频率的组合来明确语言，例如。”
卵白质大部分时间都处于折叠状态，以是研究职员还设计了一个“有数度”函数，以确定何时爆发折叠或睁开的有数瞬间。
效果爆发的声音让他们对这一历程有了深入相识，展现了一些氢键似乎加速了折叠，而其他一些则似乎减缓了折叠。他们对这些转变举行了表征，将最快的称为“高速公路”，最慢的称为“蜿蜒”，中心的称为“模糊”。
将水分子包括在模拟和氢键剖析中关于明确这一历程至关主要，格鲁贝勒说。
“卵白质折叠反应的一半能量来自水而不是卵白质，”他说。“通过声音化，我们真正相识了水分子怎样在卵白质上安定，并且怎样资助卵白质构象转变，最终使其折叠。”
格鲁贝勒说，虽然氢键不是导致卵白质折叠的唯一因素，但这些键经常稳固从一个折叠状态到另一个折叠状态的过渡。其他氢键可能会暂时阻碍准确的折叠。例如，卵白质可能会在涉及一个或多个氢键形成、断裂和再次形成的重复循环中陷入逆境，直到最终从这个死胡同中逃走，继续向其最稳固的折叠状态生长。
“与可视化差别，它看起来像是一团完全随机的杂乱，但当你听到这些时，你现实上会听到一些模式，”格鲁贝勒说。“这是不可能通过视觉来看到的工具，但通过听觉却很容易明确。”
杂志：Proceedings of the National Academy of Sciences
DOI：10.1073/pnas.2319094121
