橡树岭国家实验室 SARS-CoV-2主要蛋白酶的第一个中子结构揭示了氨基酸半胱氨酸(阴性)和组氨酸(阳性)中意想不到的电荷，提供了关于病毒复制的关键数据
信用:吉尔·海曼/美国ORNL
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能量的 为了更好地理解新型冠状病毒的行为以及如何阻止它，科学家们完成了一张三维地图，揭示了对SARS-CoV-2复制至关重要的酶分子中每个原子的位置。
能源部橡树岭国家实验室的研究人员使用中子散射来识别关键信息，以提高旨在阻断病毒复制机制的药物抑制剂的有效性
这项研究发表在《生物化学杂志》上
引起新冠肺炎病的非典病毒表达由大约1900个氨基酸残基组成的长链蛋白质
为了让病毒繁殖，这些链必须被称为主蛋白酶的酶分解并切割成更小的链
活性蛋白酶是由两个相同的蛋白质分子通过氢键结合在一起形成的
开发一种抑制或阻断蛋白酶活性的药物将防止病毒复制并扩散到体内的其他细胞
“这一新信息正是设计具有更高特异性的抑制剂所需要的，确保抑制剂分子非常紧密地结合到它们预期的目标上，并使蛋白酶失效，”ORNL大学的安德烈·科瓦列夫斯基(Andrey Kovalevsky)说，他是相应的作者
中子实验首先揭示了含有氨基酸的蛋白质链被切断的位置处于带电的反应状态，而不是处于静止或中性状态，这与以前的观点相反
其次，他们绘制了每个氢原子在抑制剂与蛋白酶结合的位置，以及相关氨基酸的电荷
这些实验还绘制了蛋白质分子之间氢键的整个网络，这些氢键将酶结合在一起，使其能够启动切割蛋白质链的化学过程
“蛋白质中一半的原子是氢
这些原子是酶功能的关键因素，对药物的结合至关重要，”科瓦列夫斯基说
“如果我们不知道这些氢在哪里，电荷在蛋白质中是如何分布的，我们就不能为这种酶设计有效的抑制剂
" 该团队的中子研究建立在先前发表在《自然通讯》杂志上的研究基础上，创造了蛋白酶的完整原子结构
在这两篇论文发表之前，研究人员还向科学界公开了他们的数据，以加速解决全球流行病
中子是研究生物结构的理想探针，因为它们是非破坏性的，对氢等轻元素高度敏感
中子散射实验在高通量同位素反应堆和ORNL散裂中子源上进行
蛋白质样品是在邻近的结构分子生物学中心合成的
“这可能是有史以来最快的蛋白质中子结构
我们在5月份开始中子实验，在5个月内，我们获得并公布了我们的结果
这通常需要几年的时间，”ORNL的通讯作者莱顿·科茨说
“这项工作展示了我们在橡树岭能做些什么
这里从头到尾都做了
蛋白质被表达、纯化和结晶，所有的数据都在现场收集和分析——这是一种完全垂直整合的方法
" 该团队现在将使用新获得的信息来研究候选药物分子的结合特性，以产生改进的新冠肺炎疗法
“这不仅是第一次有人获得冠状病毒蛋白质的中子结构，也是第一次有人研究这类使用中子的蛋白酶，”该研究的第一作者ORNL的丹尼尔·科内尔说
“这是中子结晶学在社区最需要的时候为社区服务的一个突出例子
"
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