通过将数据转换为声音，科学家们发现氢键如何促成闪电般的快速旋转，将一串氨基酸转化为功能性折叠蛋白质。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校化学教授MartinGruebele表示：“蛋白质必须正确折叠才能成为酶或信号分子或任何其功能，即蛋白质在我们体内所做的所有事情。”作曲家兼软件开发人员CarlaScaletti。

错误折叠的蛋白质会导致阿尔茨海默病、帕金森病、囊性纤维化和其他疾病。为了更好地理解这个过程是如何出错的，科学家必须首先确定一串氨基酸如何在细胞的水环境中转变为最终形式。实际的转换发生得非常快，“大约在70纳秒到2微秒之间，”Gruebele说。

氢键是相对较弱的吸引力，可排列位于蛋白质中不同氨基酸上的原子。折叠蛋白将在内部并与其周围的水分子形成一系列氢键。在此过程中，蛋白质摆动成无数潜在的中间构象，有时会遇到死胡同并回溯，直到偶然发现另一条路径。

蛋白质超声处理：陷阱中的发夹

研究人员想要绘制蛋白质折叠时发生的氢键的时间顺序。但他们的可视化无法捕捉这些复杂的事件。

格鲁贝尔说：“在展开状态和折叠状态之间的短暂过渡期间，实际上存在数以万计的与水分子的相互作用。”

因此，研究人员转向数据声化，这是一种将分子数据转换成声音的方法，这样他们就可以“听到”氢键的形成。为了实现这一点，斯卡莱蒂编写了一个软件程序，为每个氢键分配一个独特的音高。分子模拟生成了必要的数据，显示了两个原子在空间中处于正确位置(并且彼此足够接近)以形成氢键的位置和时间。

如果出现正确的键合条件，软件程序就会播放与该键合​​相对应的音高。总的来说，该程序按顺序跟踪了数十万个单独的氢键事件。

利用声音探索蛋白质折叠过程中的氢键动力学

斯卡莱蒂说，大量研究表明，人脑中处理音频的速度大约是视觉数据的两倍，而且与用视觉表示相同的序列相比，人类能够更好地检测和记住一系列声音中的细微差异。

“在我们的听觉系统中，我们确实非常适应频率的微小差异，”她说。“例如，我们使用频率和频率组合来理解语音。”

蛋白质大部分时间都处于折叠状态，因此研究人员还提出了一个“稀有”函数来识别罕见的、转瞬即逝的折叠或展开时刻何时发生。

由此产生的声音让他们深入了解了这个过程，揭示了一些氢键如何加速折叠，而另一些则似乎减慢折叠速度。他们描述了这些转变，称最快的为“高速公路”，最慢的为“蜿蜒”，而中间的则为“模糊”。

格鲁贝尔说，将水分子纳入模拟和氢键分析对于理解这一过程至关重要。

“蛋白质折叠反应的一半能量来自水，而不是蛋白质，”他说。“通过超声处理，我们真正了解到水分子如何沉淀到蛋白质上的正确位置，以及它们如何帮助蛋白质构象发生变化，从而最终折叠起来。”

格鲁贝尔说，虽然氢键并不是促进蛋白质折叠的唯一因素，但这些键通常会稳定从一种折叠状态到另一种折叠状态的转变。其他氢键可能会暂时阻碍正确的折叠。例如，一种蛋白质可能会陷入一个重复的循环中，其中涉及一个或多个氢键的形成、断裂和再次形成，直到蛋白质最终逃离这个死胡同，继续其旅程，达到最稳定的折叠状态。

“与看起来完全随机混乱的可视化不同，当你听这个时，你实际上会听到模式，”格鲁贝尔说。“这是无法想象但很容易听到的东西。”

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