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近日，中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所生物大分子動(dòng)態(tài)學(xué)研究組在蛋白質(zhì)動(dòng)態(tài)學(xué)研究的新技術(shù)新方法發(fā)展方面取得了新進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上面。

“生命在于運(yùn)動(dòng)”是法國著名思想家伏爾泰提出的運(yùn)動(dòng)哲學(xué)格言。蛋白質(zhì)作為生命組成的基本單元，其本身也是處于不斷運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)過程中。作為生命活動(dòng)的執(zhí)行者，蛋白質(zhì)只有通過運(yùn)動(dòng)才能執(zhí)行特定的生物學(xué)功能，因此對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化的了解是洞悉其功能的關(guān)鍵。然而受到研究手段的制約，蛋白質(zhì)動(dòng)態(tài)學(xué)的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其結(jié)構(gòu)研究。

溶液核磁共振能夠在接近生理環(huán)境的溶液狀態(tài)下對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行解析，是研究蛋白質(zhì)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的理想方法。其中具有代表性的順磁弛豫增強(qiáng)方法(Paramagnetic Relaxation Enhancement，以下簡稱PRE)不僅檢測(cè)范圍廣，還能在微秒-毫秒的時(shí)間尺度上準(zhǔn)確捕獲蛋白質(zhì)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，尤其是出現(xiàn)概率低的瞬態(tài)結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的PRE方法在研究過程中，需要對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行定點(diǎn)突變來引入順磁探針，這種做法可能會(huì)破壞蛋白質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)特性，額外引入的順磁探針本身的運(yùn)動(dòng)也會(huì)影響到結(jié)果的準(zhǔn)確性。

生物大分子動(dòng)態(tài)學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的此項(xiàng)研究發(fā)展了免標(biāo)記的順磁核磁技術(shù)，即不需要連接順磁探針，將自主開發(fā)的順磁探針直接加入到蛋白質(zhì)溶液樣品中來進(jìn)行檢測(cè)。在核磁共振實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，聯(lián)合全原子分子動(dòng)力學(xué)模擬采樣和蒙特卡洛模擬退火的結(jié)構(gòu)挑選方法來獲得具體的結(jié)構(gòu)信息。該方法在不同大小、不同運(yùn)動(dòng)特性的蛋白質(zhì)體系上進(jìn)行了應(yīng)用，準(zhǔn)確地捕獲了這些蛋白質(zhì)在溶液當(dāng)中的動(dòng)態(tài)系綜結(jié)構(gòu)。該方法的建立和發(fā)展為蛋白質(zhì)動(dòng)態(tài)學(xué)的研究提供了一種全新的準(zhǔn)確便捷的研究手段。

該文的第一作者是武漢物數(shù)所副研究員龔洲。這項(xiàng)工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委以及美國霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所(HHMI)基金的支持。