揭示出蛋白摺疊遠遠想像中的更加複雜

在一項新的研究中，來自美國國家標準技術研究所和科羅拉多大學博爾德分校的研究人員比以前更加詳細地測量蛋白摺疊，從而揭示出這種摺疊過程比之前所知的更加複雜。這些結果提示著在此之前，對科學界而言，蛋白摺疊在很大程度上仍然是未知的，這是因為這種摺疊過程在如此短的時間內發生而且蛋白結構發生如此小的變化以至於常規的方法不能夠檢測出來。相關研究結果發表在2017年3月3日的Science期刊上，論文標題為「Hidden dynamics in the unfolding of individual bacteriorhodopsin proteins」。

蛋白是由氨基酸組成的。正如摺紙術那樣，它們經過一系列中間狀態摺疊成決定著它們的功能的三維結構。準確地描述這個摺疊過程需要鑒定出所有的這些中間狀態。

這項研究是通過讓單個蛋白解摺疊揭示出很多之前未知的中間狀態。比如，這些研究人員僅在細菌視紫紅質（bacteriorhodopsin）的一部分中鑒定出14個中間狀態，是之前觀察到的7倍。細菌視紫紅質是細菌中的一種蛋白，能夠將光能轉化為化學能，並且被廣泛地用於研究之中。

論文通信作者Tom Perkins說，「這種增加的複雜性是令人吃驚的。利用更好的儀器揭示出所有的隱藏的蛋白摺疊動態變化，而在過去的17年里，利用常規的技術是不能揭示出這些動態變化的。」

他說，「如果你錯失了大多數中間狀態，那麼你就不會真正地理解蛋白摺疊。」

了解蛋白摺疊是非常重要的，這是因為蛋白必須呈現出正確的三維結構才能夠正確地發揮功能。錯誤摺疊可能讓蛋白失活，或者讓它產生毒性。幾種神經退行性疾病被歸因於某些蛋白的錯誤摺疊。在過去的50年里，蛋白摺疊成為一個龐大的跨學科研究領域的關注焦點。

值得注意的是，細菌視紫紅質是一種位於細菌細胞外部和內部之間的膜蛋白。相比於球狀蛋白，膜蛋白具有更大的分子量而且更難研究。

正如這項研究所描述的那樣，Perkins和他的同事們利用原子力顯微鏡（AFM）讓細菌視紫紅質伸展，並且以不同的牽引速度（以每秒多少納米衡量）測量它的伸展（以納米計算）。他們之前開發出的短的軟AFM探頭使得這些新的測量成為可能。當蛋白解摺疊時，軟AFM探頭能夠快速地測量牽引力的突然變化（指示一種中間狀態）。對這些探頭的進一步優化允許他們快100倍地（1微秒）探測細菌視紫紅質，而且牽引力的測量精準度是之前研究的10倍。

這些研究人員發現這些中間狀態不僅比期待中的更加眾多，而且持續僅僅8微秒。這些發現解決了過去的實驗數據和分子模擬之間長期存在的不一致，從而支持利用這些分子模擬進一步探測膜蛋白摺疊。

這些研究人員取得的發現和開發出的技術可能能夠用於很多其他的分子研究之中，包括那些對蛋白和藥物之間的相互作用等感興趣的研究。更具體地說，細菌視紫紅質的結構類似於參與很多人類疾病並且可被很多藥物靶向的蛋白的結構。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！