Science超越17年的新發現：蛋白折疊遠比描述的更為復雜
日期：2017-03-07 09:00:58
美國科羅拉多大學“JILA物理研究中心”的生物物理學家們通過更細致地測量了蛋白質折疊后，驚訝的發現，其折疊過程比科學家們曾經的預測更為復雜。這意味著，有關蛋白質，我們的了解程度尚在皮毛。蛋白質反應，遠比我們過去17年檢測到的水平，更迅捷、更精密。
蛋白質分子的基本組成是氨基酸鏈。通過一系列中間過程，像折紙一樣，氨基酸鏈折疊成三維結構，之后才具有功能。準確地描述這個折疊過程，需要已知所有中間狀態的形態。最新研究就揭示這個過程中許多未知的狀態，這一研究成果公布在3月3日的Science雜志上。
研究人員的研究對象是一種能夠將光轉化成化學能的膜蛋白，稱為——細菌視紫紅質（bacteriorhodopsin, BR），分子量約為26kD，可為細胞膜受體蛋白提供模型，也有助于闡明藥物與人體細胞靶受體以及信號轉導途徑中受體與信號的相互作用機制，BR還是細胞膜上離子蛋白通道的原型蛋白，具有跨膜轉運質子的作用，所以又可以為其他離子通道蛋白的結構功能研究起到指導性作用，最后，它的光電響應和光致變色特定，使其在太陽能電池、人工視網膜、光信息儲存、神經網絡、生物芯片等領域有著廣闊的前景。因此，BR研究吸引了世界上無數科學家的關注。然而，相比研究的比較多且體型比較小的球狀蛋白的折疊，膜蛋白的折疊研究難度更大。
領導研究的Tom Perkins和同事們使用納米級原子力顯微鏡（atomic force microscope, AFM），將BR蛋白伸展開來，以不同的拉伸速度（納米/秒）測量它的伸展程度。測量方法來自JILA之前研究，柔軟的AFM 短探針（short, soft AFM probes），在蛋白質展開過程中，能夠快速測量力的突然變化，隨即反饋一個蛋白質中間狀態的信號。通過進一步細化這些AFM探針，JILA的研究人員可以更快（快100倍），更準（精度高10倍）的探測不同拉力下的BR蛋白。
JILA團隊發現中間狀態不僅比預期的多，并且整個折疊過程僅用時8微秒（1微秒等于百萬分之一秒）。 該結果解釋了為什么，實驗數據與分子模擬之間長期存在著差異。同時，為分子模擬手段提供了信心，為將來膜蛋白的行為研究指明了一條路徑。
該技術還可以應用于許多其他的分子研究，例如，醫療方面的，蛋白質和藥物之間的相互作用。 更具體的例子，比如與BR結構相似的，并且與許多人類疾病和藥物相關的蛋白質的結構功能研究。
