CPLC队舒尔滕的遗产继续:细菌细胞器光合能量转换模拟了有史以来第一个原子尺度模型

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研究人员用来构建超级计算机136中的载色的百万原子模型,在紫细菌原始的捕光结构。模拟的细胞器的表现就像它在自然界中,球队报道。

图形由克里斯托弗马费奥,物理系,伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校
研究人员用来构建超级计算机136中的载色的百万原子模型,在紫细菌原始的捕光结构。模拟的细胞器的表现就像它在自然界中,球队报道。 图形由克里斯托弗马费奥,物理系,伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校
有科学家模拟了捕光结构的每一个原子在光合细菌产生能量的生物。模拟的细胞器的行为就像它在自然界的对应,该报告的研究人员。工作是对理解一些生物结构太阳光转化成化学能转化为生物创新是如何生活中必不可少的重要一步。

研究人员报告说,他们的发现在该杂志 bbin赢.

该团队最初是由伊利诺伊物理学教授的大学领导 克劳斯舒尔滕 和舒尔滕在2016年项目完成后死亡的工作仍在继续,部分舒尔滕长达数十年的梦想发现的机制,通过这些原子级别的交互和动画构建生命系统。

很早就决定了他的职业生涯研究光合系统舒尔滕,共同笔者注意到在U melih SENER的研究中,研究科学家。我。的 贝克曼研究所先进的科学技术,其中大部分的工作是进行。舒尔滕和SENER建模的载色,一个原始的光合细胞器,其产生的化学能中被称为ATP分子的形式。这项工作长期与尼尔亨特来自英国谢菲尔德大学,他们提供了很多的实验数据的协同参与。

“舒尔滕是物理学家;我想在物理层面,说:”伊利诺伊州生物化学教授和研究的共同作者伊马德Tajkhorshid理解生物学。 “然后,我意识到生物,但如果你把所有的复杂性到模型只适用。要做到这一点的唯一途径是利用超级计算机“。

多年来,舒尔滕招募和支持在伊利诺伊合作者和其他地方,以帮助他应对挑战。该团队构建的色素细胞的1.36亿原子模型,劲往一巨型这需要超级计算机的电量过一段四年。这项工作进行了诺克斯维尔橡树岭国家实验室的Titan和峰会的超级计算机,田纳西州;和湛蓝的海水,在国家中心坐落在伊利诺伊州的超级计算应用。

该研究团队包括,左,伊利诺伊州的化学教授和CPLC共同主任再打luthey-舒尔滕贝克曼研究所研究程序员巴里isralewitz,化学塔拉斯教授波戈列洛夫,物理学教授阿列克谢Aksimentiev,卡尔加里大学的化学教授彼得Tieleman,NCSA资深研究程序员吉姆·菲利普斯,伊利诺伊物理学博士后研究员克里斯托弗马费奥,贝克曼研究所资深研究程序员约翰·斯通和生物化学教授伊马德Tajkhorshid。
该研究团队包括,左,伊利诺伊州的化学教授和CPLC共同主任再打luthey-舒尔滕贝克曼研究所研究程序员巴里isralewitz,化学塔拉斯教授波戈列洛夫,物理学教授阿列克谢Aksimentiev,卡尔加里大学的化学教授彼得Tieleman,NCSA资深研究程序员吉姆·菲利普斯,伊利诺伊物理学博士后研究员克里斯托弗马费奥,贝克曼研究所资深研究程序员约翰·斯通和生物化学教授伊马德Tajkhorshid。
舒尔滕和他的同事有很多的色素细胞,产生所需的功率活细胞中ATP的单个蛋白质和脂质成分的分子已经传导模拟。

“载色的具有天线,电池和电动机,”研究主要作者阿布舍克巴克说singharoy。天线收成光时,电池将能量到与发动机曲柄出ATP的发动机,我说。随着singharoy在伊利诺伊舒尔滕在2017年接受一个教授在亚利桑那州立大学工作过,坦佩。

搞清楚如何运作所需要的系统把所有部分组合在一起,伊利诺伊物理学教授评论 阿列克谢aksimentiev世卫组织指导该项目完成舒尔滕死后。 ESTA意味着解剖色素细胞利用电子显微镜可用于科学的每一个工具,从实验室实验,编程这打破了挑战为计算管理的步骤创新,Aksimentiev说。

他们11例的病患的色素体的工作模型,仿真研究人员看着那怎么透露在不同情况下发挥作用的细胞器。他们改变盐的浓度在其环境中,例如,看看它是如何应对压力。

当他们在暴露到模拟的条件细胞器即它在细胞中经历通常情况下,他们被它如何表现感到惊讶。立即将其变得不那么球形,和嵌入在膜中某些蛋白质开始结块在一起。

“我们开始有一个完美的球体,但很快它变得不完美的,有平坦区域和小区域具有高曲率,” Aksimentiev形容。 “而所有这一切,我们的计算显示,有生物的作用。”

结块的蛋白质创造有利于整个系统的电子分布费正面和负面的补丁,研究人员发现。最终的电子被交换为质子,哪个驱动器的酶ATP合酶已知为,发动机产生ATP。

“载色的的结构是这样的电路图,”解释SENER。 “如果你知道能量和收费如何旅行,你知道怎么工程机。的载色基本上是一个电子装置“。

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这项研究是通过卫生中心的大分子模拟和生物信息学和美国国家科学基金会中心全国学院成为可能活细胞的物理,无论是在伊利诺伊大学。该研究公司的科学进步和戈登和贝蒂基金会支持的工作更在亚利桑那州。这些都是研究人员和调查结果并不一定代表基金机构。

Aksimentiev和Tajkhorshid是贝克曼研究所在伊利诺伊州的分支机构。

最近的新闻

伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校物理研究生科林Lualdi很快意识到我是冒险进入未知的领域。当我在伊利诺伊到达物理学开始下降2017年聋自诞生和美国手语(ASL)为母语的人,Lualdi是在现在一个非常小的组中物理全球工作聋人的。进行前沿研究的兴奋伴随着一个发人深省的发现:缺乏对ASL有效的科学话语的共同语言模型的将是比我预期的要大得多的挑战。 Lualdi已经接受了他自己的可访问性挑战为契机,以解决更广泛的聋人群体迫切需要。我已经联手与其他研究机构的同事们开发的ASL稳健和共享科学话语的框架。具体来说,科林一直与清楚ASL aslcore和两个国家科技手语都取得良好的倡议进展。

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  • 凝聚态

法赫德 马哈茂德 凝聚态加入在伊利诺伊的努力。他在超高速上量子材料的光学光谱研究,我使用极短的激光脉冲以研究问题在强烈相关量子材料和非平衡物理的交叉点。他是最适合他的集体模式太赫兹铜氧化物超导体和波动,并在拓扑绝缘体弗洛凯 - 布洛赫状态的工作而闻名。