对于某些疾病，如HIV，蛋白质结构的变化对于病毒如何感染人体细胞至关重要。

伊利诺伊大学芝加哥分校(UIC)的研究人员使用美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的Theta超级计算机来寻找控制HIV蛋白酶(一种关键病毒蛋白)特定结构变化的基本因素。这种结构变化称为瓣膜打开，当病毒与另一个分子(如抗病毒药物)结合时会发生这种情况。了解这种结构变化对于药物开发至关重要。

Theta超级计算机位于阿贡领导力计算设施(ALCF)，这是位于阿贡的DOE科学办公室用户设施，向世界科学界开放。

UIC生物医学工程副教授AoMa说：“蛋白质是生命的源泉;蛋白质是大多数生物学问题的答案。”“当我们观察蛋白质时，我们会看到结构决定功能。但蛋白质不仅具有一种结构，它们还具有多种功能结构，而这些结构之间的转换决定了蛋白质的工作方式。”

在这项研究中，马和他的学生对Theta进行了分子动力学模拟，以收集数据，然后他们使用数学方法进行分析。“我们使用的方法的妙处在于，它全部源自牛顿第二定律——力等于质量乘以加速度，”马说。

蛋白质一直在运动，但马想知道蛋白质中的哪些特定因素最终导致了其结构变化。“蛋白质是具有数千到数十万个原子的大分子，并且它们不断移动-因此简化这个问题以了解运动的哪些特定组成部分决定了整体结构的演变非常重要。”

据马说，科学家们使用坐标来描述蛋白质的运动方式。

坐标是帮助我们描述对象在特定空间内的位置或位置的值。将它们想象成空间中某个点的地址。在3D空间中，就像我们周围的世界一样，我们使用三个坐标(x、y和z)来描述一个点的位置，x代表水平位置，y代表垂直位置，z代表深度。坐标使我们能够理解和描述物体在给定空间中的排列和运动。

也可以描述坐标之间的相互关系，称为内坐标。内坐标关注原子之间的距离、连接它们的键形成的角度以及原子团围绕这些键的旋转。这些内部坐标构成了马和他的学生研究的反应坐标的基础。

“HIV蛋白酶如何移动涉及数千个坐标，但我们能够确定六个反应坐标，它们共同完全决定了其结构如何变化，”Ma说。

Ma确定的反应坐标是科学家所说的二面角的组合。二面角是由四个原子通过三个键以锯齿形连接而成的两个平面之间的内角。

“想象你有一排由三个键连接的四个原子，就像串珠一样。现在，想象前三个原子形成一个三角形，形成一个平面。然后，想象最后三个原子形成另一个三角形，形成第二个平面”马说。“二面角是这两个平面之间的角度，它有助于描述分子围绕连接两个平面的中心键的旋转或扭曲。”

找到结合二面角以给出反应坐标的具体方法，可以让科学家清楚地了解襟翼打开是如何发生的。“这是朝着正确理解这种病毒背后的分子机制迈出的重要一步，并有望产生新的药物发现策略和靶点，”马说。

基于这项研究的论文“HIV-1蛋白酶皮瓣打开的精确反应坐标”于2022年12月2日在线发表在美国国家科学院院刊上。

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标签：坐标结构蛋白质