作者: 来源:生命经纬 发布者: 刘斌 类别:新闻扫描 日期: 2005-09-29 今日/总浏览: 1/3199
许多蛋白在他们折叠过程（folding process）的早期会局部组装一些结构性的中介物（structured intermediates）。但是，这些只是“过程性”（on-pathway）的中介物还是他们代表了特殊的热力学状态？Cecconi等人用光钳（optical tweezers）的方法绘制了单个核糖核酸酶H分子（ribonuclease H molecules）展开（unfolding）和重新折叠(refolding)的轨道（trajectories）。这个含有155个残基、单结构域的蛋白以经历两种状态（a two-state manner）的方式展开，但是通过一种像热力学上融化的小球似的中介物（molten globule-like intermediate）重新折叠。在大量的研究中观察到了一种类似的中介物。这表明溶液中的折叠（solution folding）也通过一种专性（obligatory）而且具有某种热力学特性的中介物（thermodynamically distinct intermediate）进行。 提起研究蛋白结构，第一时间想到的应该就是核磁共振吧。但是核磁共振只能对蛋白某一状态进行研究，最近来自美国加州大学的科学家们发明了一种十分巧妙的方法。他们让蛋白练起了瑜珈，并进行实时检测，最终证实了一件让大家争论了15年的事：那就是在蛋白折叠过程中存在一种中间过程。这一文章发表在9月23日的Science上。 过去人们会发现一些部分折叠的蛋白，但是这些蛋白往往都被认为是失败的产物，需要重新折叠的。这种中间体同时也被认为是淀粉质*的前提。 *生物通注：淀粉质是一种在患有风牛病和老年痴呆症病人脑部观察到的一种病灶。 Susan Marqusee是加州大学柏克利分校的分子与细胞生物学的教授，她一直对细菌中的一种核糖核酸酶进行研究。这种名为核糖核酸酶H的酶时负责清理在DNA复制过程中清理转录时留下的RNA的。它只含有155个氨基酸，在过去12年中，人们已经利用核磁共振等手段对它的结构进行了许多研究。核糖核酸酶H与人类免疫缺陷病毒的部分结构十分类似，因此是一种抗艾滋病的药物。 *生物通注：淀粉质是一种在患有风牛病合老年痴呆症病人脑部能发现的一种病态区域。 Carlos Bustamante则是物理学、化学和分子与细胞生物学的的教授，他的研究方向是利用光学镊子（optical tweezer）*对单个分子进行一些推拉的操作。这些技术较多使用在RNA和DNA分子上。他也曾经利用这个技术抓住并费力的推动了一种较大的蛋白——肌蛋白titin，但是由于它的结构过于复杂，使实验无法进行下去。 *生物通注：光学镊子就是用光形成的镊子，它是建立在光辐压原理上的。光学镊子对粒子无损伤，具有非接触性，作用力均匀，微米量级的精确定位，可选择特定个体，并可在生命状态下进行操作等特点，特别适用于对细胞和亚细胞层次上活体的研究，如对细胞或细胞器的捕获，分选与操纵，弯曲细胞骨架，克服布朗运动所引起的细菌旋转等。 Marqusee的实验室就在Bustamante的隔壁，于是她想到利用光学镊子来夹住蛋白以进行实验。因为光学镊子需要利用一种微米级的塑料珠去进行操作，如果直接用这种珠子去夹蛋白就会像在两个足球之间操纵一个血红细胞，太困难了。于是Marqusee想到用DNA连到蛋白上，利用DNA去操纵蛋白。 结果，研究人员成功的让蛋白练起了瑜珈，从而对蛋白从非折叠到正确折叠的整个过程进行了观察。 如上图所示，利用光学镊子研究人员成功将蛋白慢慢拉开来，然后再慢慢让它回缩以观察它是如何形成正常的构象。这种介于未折叠和已折叠之间的中间状态被研究人员形容为熔球（molten globule）。它不像正常折叠后结构紧密的蛋白那样脆弱，你可以用光镊拉扯它，它不会被轻易破坏结构。熔球具有正常蛋白所有的二级结构，但是这种二级结构尚未正确折叠形成更高级的结构。 这是研究人员首次直接观察这种蛋白折叠过程中形成的中间状态，同时它也为研究蛋白折叠提供了一种崭新的研究模式。 加州柏克莱大学的Susan Marqusee与Carlos Bustamante教授，利用新式技术研究蛋白质如何折迭以形成其正确立体结构。他们发现蛋白质折迭过程中，某些蛋白质会经过过渡状态才形成其最终结构。了解蛋白质如何折迭将有助于设计新式且具特定功能的蛋白质，或是新式药物。 此研究针对核糖核酸脢H（ribonuclease H，RNase H）进行分析。透过配合光学镊子的技术，能拉扯和扭转如DNA和RNA等分子。Marqusee and Bustamante等人于RNase H加上DNA分子，以协助光学镊子的操作。在解开及重新折迭的过程中，蛋白质明显经过不同于其最终构造的时期。此些过渡时期使蛋白质更容易、更快速完成最后状态，且可能为达到最终立体构形所需的过程。 Bustamante说，此些现象可透过蛋白质氨基酸间的二级交互作用，以及将其进密结合的三级作用加以解释。 Marqusee和Bustamante希望能继续使用光学镊子研究蛋白质，包括折迭异常，和阿兹海默症与其它神经退化疾病内，堆积形成斑块等蛋白质。 参阅文献：Direct Observation of the Three-State Folding of a Single Protein Molecule, Science, Vol 309, Issue 5743, 2057-2060 , 23 September 2005 |
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