Artificial Intelligence-based Amide-II Infrared Spectroscopy Simulation for Monitoring Protein Hydrogen Bonding Dynamics

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作者
Sheng Ye,Kai Zhong,Yan Huang,Guozhen Zhang,Changyin Sun,Jun Jiang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (4): 2663-2672 被引量:6
标识
DOI:10.1021/jacs.3c12258
摘要

The structurally sensitive amide II infrared (IR) bands of proteins provide valuable information about the hydrogen bonding of protein secondary structures, which is crucial for understanding protein dynamics and associated functions. However, deciphering protein structures from experimental amide II spectra relies on time-consuming quantum chemical calculations on tens of thousands of representative configurations in solvent water. Currently, the accurate simulation of amide II spectra for whole proteins remains a challenge. Here, we present a machine learning (ML)-based protocol designed to efficiently simulate the amide II IR spectra of various proteins with an accuracy comparable to experimental results. This protocol stands out as a cost-effective and efficient alternative for studying protein dynamics, including the identification of secondary structures and monitoring the dynamics of protein hydrogen bonding under different pH conditions and during protein folding process. Our method provides a valuable tool in the field of protein research, focusing on the study of dynamic properties of proteins, especially those related to hydrogen bonding, using amide II IR spectroscopy.
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