利用人工智能预测蛋白质“光学指纹”取得进展 蛋白质是光学指纹生命的基石

蛋白质是光学指纹生命的基石,生物的利用功能依赖于既稳定而又灵活可变的蛋白质结构。蛋白质的人工光谱响应信号,尤其是智能质取展紫外光谱,可以称之为蛋白质骨架的预测“指纹”。这个“光学指纹”,蛋白得进经过理论模拟的光学指纹解读,可以揭示出精确的利用蛋白质结构,为生命科学和医学诊断提供极其重要的人工信息。
然而,智能质取展蛋白质的预测结构极其复杂多变,需要做大量的蛋白得进高精度的量子化学理论计算。由于计算量太大,光学指纹即使是利用最厉害的超级计算机轻易也“吃不消”。所以蛋白质的人工光谱的理论解读是一个长期的困难与挑战,限制了光谱的准确分析和蛋白质结构的发现。
怎么在光谱理论模拟中避免太昂贵的量子化学计算,解读蛋白质骨架的“光学指纹”,是一个重要的科学课题。而近年来,人工智能技术被广泛应用到各个领域,用于大幅度降低复杂体系的计算量。
最近,中国科学技术大学微尺度物质科学国家研究中心教授江俊,与中国科大教授罗毅和美国加州大学尔湾分校教授Shaul Mukamel合作,通过利用人工智能机器学习中的神经网络技术,模拟了蛋白质肽键结构与性质之间的构效关系,将计算量一下降低了上万倍。最后他们成功地预测了肽键紫外光谱,还用随机森林的办法揭示了具有化学内涵的结构描述子和构效关系。人工智能与量子化学理论计算的结合,为预测蛋白质的光学特性提供了一种高效的工具。相关成果以A Neural Network Protocol for Electronic excitations of N-Methylacetamide 为题发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS, DOI:10.1073/pnas.1821044116)。
江俊课题组近些年致力于发展机器学习技术在量化领域的应用,努力探究使其成为解决量化问题的一种重要工具。在该工作中,研究人员首先在300K温度下通过分子动力学模拟以及量子化学计算,得到了五万组不同构型的肽键模型分子。通过机器学习算法筛选出键长、键角、二面角跟电荷信息作为描述符,通过神经网络来构建肽键基态结构与其激发态性质之间的构效关系。基于训练好的机器学习模型,预测出了肽键的基态偶极矩及激发态性质,最后预测出肽键的紫外吸收光谱。为了验证机器学习模型的鲁棒性,研究人员又基于300K的温度下得到的机器学习模型,预测出肽键在200K以及400K温度下的紫外吸收光谱,其结果与时间密度泛函理论计算很好地吻合。
这是人工智能技术首次用于理论计算预测蛋白质的光谱研究。通过理论计算得到大量数据,使用人工智能加以训练构建构效关系,使用最后得到的模型用于预测,为模拟蛋白质的光谱提供了一种新的思路。该项工作确立了机器学习模拟蛋白质肽键骨架紫外吸收光谱的可行性和优势,蛋白质的“光学指纹”解读也将会变得更加轻易和有效。
声明:本文所用图片、文字部分来源于网络,版权归原作者所有。如涉及到版权问题,请及时和我们联系。
相关文章
- 行情火爆中,不少券商App出现宕机。10月8日,国庆长假后首个交易日A股三大股指开盘集体暴涨。其中,沪指涨10.13%报3674.4点,深成指涨12.67%报11864.11点,创指涨18.44%报22025-05-12
沪指涨0.99% 家电股金融股领涨 北向资金净流入逾80亿元
两市午后持续走高,三大指数均涨1%,科技股持续拉升,盘面上看,市场氛围持续好转,赚钱效应增强,指数也在技术层面有所修复,区块链概念走强,截至收盘,上证指数报2958.20点,涨0.99%;创业板报162025-05-12沪指跌0.3% 创业板涨0.16% 北向资金净流入78.84亿元
午后市场依旧弱势盘整,miniled板块较为强势,旅游板块和横琴概念盘中冲高。尾盘指数跳水,沪指扩大跌幅,创业板回吐日内涨幅,白酒股杀跌,贵州茅台一度跌逾2%,截至收盘,上证指数报2915.70点,跌2025-05-12吉祥人寿4000万股股权淘宝拍卖 艺龙互联底价买来“烫手山芋”?
近日,备受关注的吉祥人寿股权淘宝拍卖一锤定音。据拍卖结果显示,吉祥人寿4000万股股权由天津艺龙互联投资管理有限公司(以下简称“艺龙互联”)在公开竞价中以底价竞得,成交价格为4040.8万元。值得一提2025-05-12- 4月21日,四川广元一女子在网络平台发布视频,称其31岁的丈夫拔牙后经抢救无效身亡,但丈夫并没有心脏病和高血压。类似这样因拔牙威胁健康的事件时有发生,引发网友广泛热议。看似普通的一次拔牙为何会引发严重2025-05-12
- 今年以来,实施股份回购的上市公司数量较去年明显增多。同花顺统计数据显示,今年以来截至9月18日,按照公告日期计算,已有303家上市公司完成股份回购,而去年同期,仅有104家上市公司完成股份回购,同比增2025-05-12
最新评论