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士鋒生物蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)折疊介紹
最近更新時間：2013-9-16
提 供 商：上海士鋒生物科技有限公司資料大?。?/span>14.3KB
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在生物體內(nèi)，生物信息的流動可以分為兩個部分：*部分是存儲于DNA序列中的遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄和翻譯傳入蛋白質(zhì)的一級序列中，這是一維信息之間的傳遞，三聯(lián)子密碼介導(dǎo)了這一傳遞過程;第二部分是肽鏈經(jīng)過疏水塌縮、空間盤曲、側(cè)鏈聚集等折疊過程形成蛋白質(zhì)的天然構(gòu)象，同時獲得生物活性，從而將生命信息表達出來;而蛋白質(zhì)作為生命信息的表達載體，它折疊所形成的特定空間結(jié)構(gòu)是其具有生物學(xué)功能的基礎(chǔ)，也就是說，這個一維信息向三維信息的轉(zhuǎn)化過程是表現(xiàn)生命活力所必需的。
蛋白質(zhì)的基本單位為氨基酸，而蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指的就是其氨基酸序列，蛋白質(zhì)會由所含氨基酸殘基的親水性、疏水性、帶正電、帶負電……等等特性通過殘基間的相互作用而折疊成一立體的三級結(jié)構(gòu)。雖然蛋白質(zhì)可在短時間中從一級結(jié)構(gòu)折疊至立體結(jié)構(gòu)，研究者卻無法在短時間中從氨基酸序列計算出蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，甚至無法得到準確的三維結(jié)構(gòu)。因此，研究蛋白質(zhì)折疊的過程，可以說是破譯“第二遺傳密碼”——折疊密碼（folding code）的過程。
結(jié)構(gòu)決定功能，僅僅知道基因組序列并不能使我們充分了解蛋白質(zhì)的功能，更無法知道它是如何工作的。蛋白質(zhì)可憑借相互作用在細胞環(huán)境（特定的酸堿度、溫度等）下自己組裝自己，這種自我組裝的過程被稱為蛋白質(zhì)折疊。
蛋白質(zhì)折疊問題被列為“21世紀的生物物理學(xué)”的重要課題，它是分子生物學(xué)中心法則尚未解決的一個重大生物學(xué)問題。從一級序列預(yù)測蛋白質(zhì)分子的三級結(jié)構(gòu)并進一步預(yù)測其功能，是極富挑戰(zhàn)性的工作。
自從20世紀60年代，Anfinsen基于還原變性的牛胰RNase在不需其他任何物質(zhì)幫助下，僅通過去除變性劑和還原劑就使其恢復(fù)天然結(jié)構(gòu)的實驗結(jié)果，提出了“多肽鏈的氨基酸序列包含了形成其熱力學(xué)上穩(wěn)定的天然構(gòu)象所必需的全部信息”的“自組裝學(xué)說”以來，隨著對蛋白質(zhì)折疊研究的廣泛開展，人們對蛋白質(zhì)折疊理論有了進一步的補充和擴展。Anfinsen的“自組裝熱力學(xué)假說”得到了許多體外實驗的證明，的確有許多蛋白在體外可進行可逆的變性和復(fù)性，尤其是一些小分子量的蛋白，但是并非所有的蛋白都如此。而且由于特殊的環(huán)境因素，體內(nèi)蛋白質(zhì)的折疊遠非如此。
體內(nèi)蛋白質(zhì)的折疊往往需要有其他輔助因子的參與，并伴隨有ATP的水解。因此，Ellis 于1987年提出了蛋白質(zhì)折疊的“輔助性組裝學(xué)說”。這表明蛋白質(zhì)的折疊不僅僅是一個熱力學(xué)的過程，顯然也受到動力學(xué)的控制。有的學(xué)者基于有些相似氨基酸序列的蛋白質(zhì)具有不同的折疊結(jié)構(gòu)，而另外一些不同氨基酸序列的蛋白質(zhì)在結(jié)構(gòu)上卻相似的現(xiàn)象，提出了mRNA二級結(jié)構(gòu)可能作為一種遺傳密碼從而影響蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的假說。但目前為止，該假說尚沒有任何實驗證據(jù)，只有一些純數(shù)學(xué)論證。那么，蛋白質(zhì)的氨基酸序列究竟是如何確定其空間構(gòu)象的呢?圍繞這一問題科研人員已進行了大量出色的工作，但迄今為止我們對蛋白質(zhì)的折疊機制的認識仍是不完整的，甚至有些方面還存在著錯誤的觀點。
自中心成立以來，應(yīng)用數(shù)學(xué)家、中心名譽主任林家翹一直積極倡導(dǎo)對蛋白質(zhì)折疊機理的研究，特別是對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的動力學(xué)過程和統(tǒng)計力學(xué)性質(zhì)的研究。中心先后邀請國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域許多學(xué)者到中心訪問、講學(xué)，并與中心科研人員展開了廣泛而深入的交流合作。
從2006年開始，中心與美國麻省理工學(xué)院的統(tǒng)計物理學(xué)家黃克孫合作提出研究蛋白質(zhì)折疊的“CSAW” 模型，實現(xiàn)了對中小型蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的快速折疊;近期進一步開展了對蛋白質(zhì)折疊統(tǒng)計熱力學(xué)原理的研究。通過研究原子、分子間相互作用，掌握蛋白質(zhì)系綜內(nèi)部微觀狀態(tài)的結(jié)構(gòu)特征、能量分布規(guī)律，以期從微觀角度解釋宏觀可觀測物質(zhì)屬性。