超级计算机帮助“组装”大型蛋白质复合体

　　红细胞中的血红蛋白分子通过以全有或全无的方式改变其形状来传输氧气。血红蛋白中相同蛋白质的四个拷贝像花瓣一样打开和关闭，在结构上相互耦合以相互作用。使用超级计算机，科学家们能够设计自组装的蛋白质，以组合和类似生命的分子，如血红蛋白。科学家表示，他们的方法可以应用于有用的技术，如药物靶向，人工能量收集，“智能”传感和建筑材料等。

　　一个科学团队通过增加蛋白质来完成这项工作，这意味着他们改变了蛋白质的亚基，即氨基酸，使蛋白质产生人为的高正电荷或负电荷。使用来自水母的蛋白质，科学家们能够通过单独增压装配由两个堆叠的八聚体组成的复杂的十六种蛋白质结构，然后，该团队使用超级计算机模拟验证这些实验结果。这些发现于2019年1月在《Nature Chemistry》杂志上报道。

（图片来源：Taylor et al.）

　　作者称“我们发现，通过摄取通常不会相互作用的蛋白质，我们可以制作出高度正面或高度负电荷的复制品。” 。 “结合高度正电荷和带负电荷的复制品，我们可以将蛋白质组装成非常特殊的结构化组件，”Simon说。科学家将他们的策略称为“超荷电蛋白组装”，它们通过结合工程化的超荷电变体来驱动确定的蛋白质相互作用。

　　为获得工程化的带电荧光蛋白，Simon和合着者Arti Pothukuchy，Jimmy Gollihar和Barrett Morrow编码了他们的基因，包括用于在大肠杆菌中称为质粒的便携式DNA片段上纯化的化学标签，然后收获标记的蛋白质大肠杆菌生长。科学家将蛋白质混合在一起。他们最初认为蛋白质可能只是相互作用形成大的，不规则结构的团块。 “然而，我们一直看到的是这个奇怪的，有趣的峰值在12纳米左右，比一大块蛋白质小得多，但比单一蛋白质大得多，”作者称。

　　根据Jens Glaser的说法，计算建模改进了蛋白质如何排列成美丽的花状结构的清晰图像的测量结果。 “我们必须提出一个足够复杂的模型来描述带电荷的绿色荧光蛋白的物理特性，并提供所有相关的原子细节，但它足够高效，可以让我们在一个真实的时间尺度上模拟它。“Glaser说。