怎么设计氨基酸结构
四种DNA字母要编码20种氨基酸。绝不可能是一对一编码,也不可能是二对一编码,因为两个字母最多只能组成16种组合(4×4)。因此,最低要求是三个字母,也就是DNA序列里面最少要有三个字母对应到一个氨基酸,被称为三联密码,后来被克里克和西德尼·布伦纳证实。
但是这样看起来似乎很浪费,因为用四种字母组成三联密码,总共可以有64种组合(4×4×4),这样应该可以编码64个不同的氨基酸,那为什么只有20种氨基酸呢?一定有一个神奇的答案来解释为什么4种字母,3个一组,拼成64个单词,然后编码20种氨基酸。
1952年,沃森就曾写信告诉克里克:“DNA合成信使RNA(mRNA), mRNA合成蛋白质。”克里克开始研究这一小段mRNA的字母序列,如何翻译成蛋白质里面的氨基酸序列。他认为mRNA可能需要一系列“适配器”来帮助完成翻译,每一个适配器都负责携带一个氨基酸。当然每一个适配器一定也是RNA,而且都带有一段“反密码子”序列,这样才能和mRNA序列上的密码子配对。
适配器分子也由RNA分子组成。它们现在叫作“转运RNA”或tRNA。现在整个工程变得有点像乐高积木,一块块积木接上来又掉下去,一切顺利的话,它们就会这样一个接一个地搭成精彩万分的聚合物。
随着实验技术进步而且越来越精密,在20世纪60年代中期许多实验室陆续解开了序列密码。然而经过一连串不懈的译码工作后,大自然却好像随兴地给了个潦草结尾,让人既困惑又扫兴。遗传密码子的安排一点也不具创意,只不过“简并”了(意思就是说,冗余)。有三种氨基酸可对应六组密码子,其他的则各对应一到两组密码子。每组密码子都有意义,还有三组的意思是“在此停止”,剩下的每一组都对应一个氨基酸。这看起来既没规则也不美,根本就是“美是科学真理的指南”这句话的最佳反证。甚至,我们也找不出任何结构上的原因来解释密码排列,不同的氨基酸与其对应的密码之间似乎并没有任何物理或化学的关联。
克里克称这套让人失望的密码系统为“冻结的偶然”,而大部分人也只能点头同意。他说这个结果是冻结的,因为任何解冻(试图去改变密码对应的氨基酸)都会造成严重的后果。一个点突变也许只会改变几个氨基酸,而改变密码系统本身却会从上到下造成天大灾难。就好似前者只是一本书里无心的笔误,并不会改变整本书的意义,然而后者却将全部的字母转换成毫无意义的乱码。克里克说,密码一旦被刻印在石板上,任何想改动它的企图都会被处以死刑。这个观点至今仍有许多生物学家认同。
中国科大用深度学习助力实现高成功率蛋白质序列从头设计
中新网合肥7月22日电 (记者 吴兰)记者22日从中国科学技术大学获悉,该校生命科学与医学部教授刘海燕、副教授陈泉团队与信息科学技术学院教授李厚强团队合作,开发了一种基于深度学习为给定主链结构从头设计氨基酸序列的算法ABACUS-R。
经过实验验证,ABACUS-R的设计成功率和设计精度超过了原有统计能量模型ABACUS。
研究成果北京时间7月21日发表于《自然-计算科学》(Nature Computational Science)。
刘海燕、陈泉团队长期致力于发展数据驱动的蛋白质设计方法,先后建立并实验验证了对给定主链结构设计氨基酸序列的统计能量函数ABACUS模型,以及利用神经网络能量函数从头设计主链结构的SCUBA模型。然而,基于传统统计能量技术的ABACUS模型在成功率、计算效率等方面仍有不足。
近期有多项研究表明,用深度学习进行氨基酸序列设计,能够在天然氨基酸残基类型恢复率等计算指标上超过能量函数方法。但截至目前已正式发表的工作中,对相关方法的实验验证结果远未达到能量函数方法的成功率。
刘海燕介绍,利用ABACUS-R进行序列设计的方法由两部分组成。
第一部分是一个多任务预训练的编码-解码器网络,用于对单个氨基酸的结构和化学环境进行隐空间编码,再解码为包括中心残基氨基酸类型在内的多种真实特征;第二部分是把该编码解码网络迭代应用于目标主链的每个氨基酸残基,直到获得最大程度自洽的全序列。
在理论验证的基础上,团队尝试了实验表征用ABACUS-R对3个天然主链结构重新设计的57条序列,其中86%的序列(49条)可溶表达并能折叠为稳定单体。实验解析的5个高分辨晶体结构与目标结构高度一致。此外,与此前报道的从头设计蛋白相似,ABACUS-R从头设计的蛋白表现出超高热稳定性,去折叠温度大多可达100℃以上。
总的来说,相较于ABACUS模型,ABACUS-R序列设计更高的成功率和结构精度进一步增强了数据驱动蛋白质从头设计方法的实用性。ABACUS-R还提供了一种对蛋白质局部结构信息的预训练表示方式,可用于序列设计以外的其他任务。
审稿人认为,该研究“最新颖的贡献在于对设计的充分实验表征,包括晶体结构,以及可溶表达的高成功率。”
中国科大用深度学习助力实现高成功率蛋白质序列从头设计
如何增加新陈代谢:4种自然方法,让你减脂事半功倍!
1、多吃蛋白质食物
由于蛋白质主要由氨基酸组成,比脂肪和纤维更不易被人体吸收。因此身体必须消耗更多的卡路里来消化它,但这并不表示减肥健身食谱得像军人一样含有大量的蛋白质。
2、运动
运动毫无疑问会增加身体的基础代谢水平,但是运动可以提高代谢的原理你可能不知道,接下来H君就为大家讲一下运动到底是如何增加代谢水平的。
3、吃碳水化合物
精制碳水化合物,如白面,能使胰岛素水平不稳定,也相应促进了脂肪在肌体内的存储,由此会降低新陈代谢率。因而,补充碳水化合物时,应以含高纤维者为佳,如各类蔬菜、水果及全麦谷物等,它们都属于好的碳水化合物,这些食物对胰岛素水平影响很小。
4、喝水
喝水可以提高身体代谢还可以排除毒素,这个最容易做到,就是多去几趟厕所,最好在水中放点柠檬片增加电解质,夏天出汗比较多,盐分流失较大。
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