新方法能實(shí)時(shí)觀察蛋白折疊過(guò)程
蛋白的功能依賴于氨基酸肽鏈和這些肽鏈折疊的方式。盡管計(jì)算出前者相對(duì)而言比較容易，但是后者代表著一個(gè)大的挑戰(zhàn)，甚至有一些嚴(yán)重的后果，因?yàn)楹芏嗉膊∈怯捎诘鞍渍郫B錯(cuò)誤造成的。如今，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)一個(gè)化學(xué)家小組設(shè)計(jì)出一種方法“實(shí)時(shí)”觀察蛋白折疊，從而很可能導(dǎo)致人們從一般意義上更好地理解蛋白折疊和錯(cuò)誤折疊。

美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院化學(xué)系教授Feng Gai和該化學(xué)系研究生Arnaldo Serrano以及賓夕法尼亞大學(xué)佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)和分子生物理學(xué)系研究生Robert Culik開(kāi)展這項(xiàng)研究，同時(shí)他們也與新澤西學(xué)院化學(xué)系Michelle R. Bunagan進(jìn)行合作。

他們的研究結(jié)果發(fā)表在《Angewandte Chemie》期刊的版本上，而且還作為該期期刊的封面，被認(rèn)為是一篇非常重要的論文。

Gai說(shuō)，“找出蛋白折疊時(shí)發(fā)生什么是困難的原因之一就是我們沒(méi)有捕捉這種過(guò)程的像高速照相機(jī)那樣的工具。如果這種折疊過(guò)程較慢的話，我們還能夠隨著時(shí)間的推移拍出多張‘照片’，從而觀察到發(fā)揮作用的機(jī)制。不幸的是，沒(méi)有人有這種能力，蛋白折疊發(fā)生的速度要比眨眼睛還要快。”

Gai研究小組使用紅外光譜（infrared spectroscopy）---一種測(cè)量分子不同部分吸收多少光的技術(shù)---來(lái)分析蛋白結(jié)構(gòu)和這種結(jié)構(gòu)如何變化。在這篇研究中，研究人員利用紅外線激光器裝置來(lái)研究一種稱作Trp-cage的模式蛋白。

在這種實(shí)驗(yàn)中，Gai研究小組使用兩種激光研究蛋白結(jié)構(gòu)隨時(shí)間的變化。*個(gè)激光作為發(fā)令槍起作用，通過(guò)加熱蛋白分子，它導(dǎo)致蛋白分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。第二個(gè)激光作為相機(jī)發(fā)揮作用，能夠追蹤蛋白組分氨基酸的運(yùn)動(dòng)。

Gai說(shuō)，“這個(gè)蛋白是由不同的原子基團(tuán)組成的，不同的基團(tuán)能夠被看作為彈簧。每個(gè)彈簧沿著不同的頻率來(lái)回移動(dòng)，而且是基于彈簧兩端的原子質(zhì)量。如果質(zhì)量越大，彈簧振動(dòng)更慢。我們的‘相機(jī)’能夠檢測(cè)這種運(yùn)動(dòng)的速度，并將測(cè)得的速度與組成基團(tuán)中的原子關(guān)聯(lián)起來(lái)，從而能夠檢測(cè)蛋白肽鏈的相應(yīng)部分如何能夠運(yùn)動(dòng)。”

然而即便是像Trp-cage那樣的簡(jiǎn)單蛋白，也存在著很多相同的鍵，因而研究人員需要能夠?qū)⒈舜藚^(qū)分開(kāi)來(lái)以便觀察它們當(dāng)中哪個(gè)鍵在蛋白折疊時(shí)正在移動(dòng)。他們采取的一種策略來(lái)解決這種問(wèn)題就是采用一種分子追蹤設(shè)備。

Culik說(shuō)，“我們使用一種用碳同位素標(biāo)記的氨基酸。如果它能正確地整合進(jìn)蛋白中，我們就知道它在那兒。”

基于Trp-cage的單個(gè)碳同位素原子要比其他的碳原子略大一些，研究小組就能夠使用這種標(biāo)記來(lái)推斷當(dāng)它們折疊時(shí)其他碳原子的位置。這樣研究人員然后就能夠調(diào)整激光的頻率來(lái)匹配蛋白的不同部分，從而允許在分析時(shí)將它們區(qū)分開(kāi)。也可將類似的同位素插入到更加復(fù)雜的分子中，從而也能夠用紅外光譜觀察它們的折疊過(guò)程。

Gai，“這種技術(shù)增加我們的結(jié)構(gòu)分辨率。它允許我們觀察哪個(gè)部分在運(yùn)動(dòng)。比如這將允許我們觀察疾病中蛋白是如何錯(cuò)誤折疊的。”新方法能實(shí)時(shí)觀察蛋白折疊過(guò)程