在生物學(xué)中，折疊蛋白質(zhì)負(fù)責(zé)最先進(jìn)的功能。這些復(fù)雜的蛋白質(zhì)是科學(xué)家進(jìn)化或設(shè)計(jì)的結(jié)果。現(xiàn)在，由格羅寧根大學(xué)系統(tǒng)化學(xué)教授Sijbren Otto領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一類新的復(fù)雜折疊分子，它們從簡(jiǎn)單的構(gòu)件中自發(fā)地出現(xiàn)。結(jié)果于1月16日發(fā)表在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志上。
奧托研究小組研究了簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)單元 - 在這種情況下是與氨基酸天冬氨酸相連的核堿基 - 可以形成環(huán)。在之前的研究中，Otto已經(jīng)證明，這種環(huán)可以形成可以生長(zhǎng)和分裂的堆疊，并顯示出一定程度的化學(xué)進(jìn)化。但這一次發(fā)生了不同的事情。奧托：'我的博士生之一劉斌注意到，形成了非常大的戒指，15塊積木的聚合物。它們非常穩(wěn)定，因此最終大部分構(gòu)建塊都轉(zhuǎn)變?yōu)檫@些環(huán)。
折疊圖案
在用X射線晶體學(xué)研究環(huán)的結(jié)構(gòu)后，團(tuán)隊(duì)清楚地知道它們被折疊了。'當(dāng)環(huán)形成堆疊時(shí)，分子之間存在相互作用。在這種情況下，相互作用發(fā)生在大分子中。環(huán)的疏水部分折疊到分子的中心，這也是水中蛋白質(zhì)發(fā)生的情況。然而，折疊圖案完全不同。'蛋白質(zhì)是通過(guò)胺鍵連接的聚合物。在我們的分子中，構(gòu)建塊僅通過(guò)二硫鍵連接。結(jié)構(gòu)的差異導(dǎo)致不同的折疊模式。
這是第一次描述了與蛋白質(zhì)完全不同的復(fù)雜折疊結(jié)構(gòu)(或折疊式)。奧托解釋說(shuō)，盡管經(jīng)過(guò)數(shù)十年的研究，我們?nèi)匀粵](méi)有可靠的設(shè)計(jì)規(guī)則可以完全預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的折疊。這妨礙了新酶的設(shè)計(jì)。不同類別的折疊分子可以幫助我們理解分子折疊的基本規(guī)則。“此外，我們?cè)谡撐闹忻枋龅姆肿又皇俏覀儼l(fā)現(xiàn)的第一個(gè)。在過(guò)去的一年里，我們發(fā)現(xiàn)了更多，并將在稍后發(fā)布。
原產(chǎn)地的壽命
蛋白質(zhì)有兩種主要的折疊結(jié)構(gòu)：α螺旋和β折疊片。“在蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)方面，科學(xué)家們使用這些主題的變體，比如添加額外的螺旋”，奧托說(shuō)。“他們傾向于接近大自然提供的東西。” 新的折疊結(jié)構(gòu)產(chǎn)生五疊五個(gè)芳環(huán)。整個(gè)分子具有五重對(duì)稱性。“然而，我們?nèi)栽谘芯康钠渌诹虼嫉慕Y(jié)構(gòu)還顯示出其他類型的折疊。”
從這種新的折疊分子的發(fā)現(xiàn)中得出的一個(gè)驚人的結(jié)論是，復(fù)雜性可以自發(fā)地出現(xiàn)。“這對(duì)于生命起源研究很有意義：顯然，你可以在生物進(jìn)化開(kāi)始之前獲得這些復(fù)雜的分子。” 奧托解釋說(shuō)，新分子的形成實(shí)際上是由折疊驅(qū)動(dòng)的。“這很特別。該分子的能量水平非常低。這將平衡從小環(huán)的“隨機(jī)”混合物推向這個(gè)特定的非常穩(wěn)定的15聚體。
理性設(shè)計(jì)
新的折疊分子將增加我們對(duì)分子折疊的理解，這應(yīng)該刺激合理的分子設(shè)計(jì)。巰基聚合物是否與催化劑(如天然蛋白質(zhì))一樣有用尚不清楚。“我們知道它們可以與其他分子結(jié)合，但我們?nèi)栽谠噲D找出它們是否具有催化特性，如酶。” 折疊對(duì)于在酶中創(chuàng)建活性位點(diǎn)非常重要：'您需要非常精確地定位殘基以創(chuàng)建活性位點(diǎn)。這不能通過(guò)氨基酸之間的直接化學(xué)鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)。它只能通過(guò)折疊來(lái)實(shí)現(xiàn)。
博士生劉斌是JACS論文的第一作者，他在研究中發(fā)揮了非常重要的作用，奧托說(shuō)：他發(fā)現(xiàn)了折疊的分子。然后，波蘭的Piotr Chmielewski開(kāi)發(fā)了用于X射線衍射研究的晶體，劉已經(jīng)與他合作完成了他的碩士論文。Chmielewski的實(shí)驗(yàn)室也進(jìn)行了核磁共振研究。同步加速器研究是在意大利與Ennio Zangrando和Nicola Demitri一起完成的，劉從格羅寧根前往波蘭，隨后帶著樣品前往意大利。