«Белки никогда не замечались этот путь прежде», сказал соавтор Джереми Смит, директор Центра ORNL Молекулярной Биофизики и Стула губернатора в Университете Теннесси (Юта). «Мы использовали значительную производительность компьютера, чтобы предоставить объединенную концептуальную картину движений в белках в огромном ряде временных рамок с очень самых коротких отрезков времени, в которые атомы перемещаются (пикосекунды) прямо до сроков службы белков в клетках (примерно 1 000 секунд). Это изменяет то, что мы думаем, что белок существенно».Изучение белков – их структуры и функции – важно для продвижения понимания биологических систем, относящихся к различной энергии и медицинским наукам от исследования биоэнергии и биогеохимии недр, чтобы притупить дизайн.
Результаты, полученные аспирантом UT Смита, Сяоху Ху, показали, что движущие силы единственных молекул белка «самоподобны» и из равновесия в огромном ряде временных рамок.С помощью Титана – самого быстрого суперкомпьютера в США, расположенных в Офисе САМКИ Средства для Вычисления Лидерства Ок-Риджа Науки – команда Смита разработала полную картину динамики белка, показав, что структурные колебания в каких-либо двух идентичных молекулах белка, даже если закодированный от того же самого гена, оказываются отличающимися.«Ген – кодекс для белка, создавая различные копии белка, который должен быть тем же самым, но внутренние колебания этих отдельных молекул белка никогда могут не достигать равновесия или сходиться», сказал Смит. «Это вызвано тем, что сами колебания все время старят и не имеют достаточного количества времени, чтобы успокоиться, прежде чем молекулы белка будут съедены в клетке и заменены».Понимание явления из равновесия имеет биологические последствия, потому что функция белка зависит от его движений.
Две отдельных молекулы белка, даже при том, что они происходят из того же самого гена, не будут функционировать точно тот же самый путь в клетке.«У Вас могут быть, например, две идентичных молекулы фермента, которые катализируют ту же самую реакцию», сказал Смит. «Но из-за отсутствия равновесия, уровень, по которому происходит катализ, будет немного отличаться для этих двух белков.
Это затрагивает биологическую функцию белка».Команда также обнаружила, что движущие силы единственных молекул белка самоподобны, или рекурсивны в целом ряде временных рамок. Другими словами, движения в единственной молекуле белка выглядят одинаково, однако, долго, Вы смотрите на них для от пикосекунд до сотен секунд.«Движения в белке, как части покачивания белка и покачивания друг относительно друга, напоминают друг друга на всех этих временных рамках», сказал Смит. «Мы представляем форму белка как пункт.
Если это изменяет свою форму из-за движений, это идет в различный пункт и так далее. Мы присоединились к этим пунктам, рисуя картины, и мы нашли, что эти картины – то же самое, когда Вы смотрите на них на любых временных рамках, является ли это наносекундами, микросекундами или миллисекундами».Строя более полную картину динамики белка, исследование команды показывает, что движения единственной молекулы белка на очень быстрых временных рамках напоминают тех, которые управляют функцией белка.Чтобы закончить все моделирования, команда объединила власть Титана с двумя другими суперкомпьютерами – Антон, специализированный компьютер параллели, построенный Исследованием Д. Шоу и Бункером, Национальное энергетическое Исследование суперкомпьютер Cray XE6 Научного Вычислительного центра, расположенный в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли.
«Титан был особенно полезен для нас, чтобы получить точную статистику», сказал Смит. «Это позволило нам делать много моделирований, чтобы уменьшить ошибки и получить более уверенные результаты».