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近日，安徽大學(xué)人工智能學(xué)院教授葉盛、孫長銀與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授江俊等合作，在國際上首次成功利用人工智能、分子動力學(xué)模擬和量子化學(xué)理論計算方法，高效準(zhǔn)確地模擬了完整真實蛋白質(zhì)的Amide II區(qū)域紅外光譜，為蛋白質(zhì)的氫鍵動態(tài)學(xué)研究提供了堅實的理論和技術(shù)支持。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《美國化學(xué)會志》上。
蛋白質(zhì)在生命中扮演著重要角色，其功能與其不斷演化的動態(tài)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。雖然近年來人工智能模型在解析蛋白質(zhì)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)方面取得了巨大進(jìn)展，但無法用于研究蛋白質(zhì)動態(tài)結(jié)構(gòu)的演化過程。
Amide II區(qū)域紅外光譜作為蛋白質(zhì)的“光學(xué)指紋”，能夠提供蛋白質(zhì)分子動態(tài)結(jié)構(gòu)變化的詳細(xì)信息，在蛋白質(zhì)動力學(xué)研究中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。然而，解析這些譜學(xué)信號需要在復(fù)雜波動環(huán)境中進(jìn)行昂貴的量子力學(xué)計算。迄今為止，尚無一種方法能夠高效準(zhǔn)確地模擬完全真實蛋白質(zhì)的Amide II光譜，這嚴(yán)重限制了其在蛋白質(zhì)動態(tài)結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用。
為解決這一問題，該研究團(tuán)隊創(chuàng)新性地將人工智能、分子動力學(xué)模擬和量子化學(xué)理論計算技術(shù)相結(jié)合，通過結(jié)合物理信息的分子描述符從而建立了可解釋人工智能模型，可用于高效準(zhǔn)確模擬任意蛋白的Amide II光譜，并且速度比傳統(tǒng)的量子化學(xué)計算方法提高了至少五個數(shù)量級。更重要的是，所建立的機(jī)器學(xué)習(xí)模型具有優(yōu)秀的可遷移性，可以預(yù)測訓(xùn)練集范圍以外的蛋白質(zhì)光譜響應(yīng)，模擬不同狀態(tài)下的信號變化。這項研究將先進(jìn)的人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)與量子化學(xué)理論方法相結(jié)合，展現(xiàn)出新興研究范式。
作者： 陳婉婉