蛋白質變性全新理論

　　導讀：以前的研究是基於(yu) 計算分析，假定當溫度超過蛋白質行駛*功能的狹窄溫度範圍時，細胞的大部分蛋白質就會(hui) 變性。但是來自蘇黎世聯邦理工學院的研究人員否定了這一基本理論，由ETH Zurich的Paola Picotti帶領的研究組指出隻有一小部分的關(guan) 鍵蛋白質在達到一個(ge) 臨(lin) 界溫度閾值時會(hui) 發生同時變性。

　　敲開一個(ge) 雞蛋，滑入熱煎鍋中，幾乎立刻透明和滑溜的蛋清就變白，變硬，在這個(ge) 過程中我們(men) 觀察的煎雞蛋過程，就是生活中十分常見的蛋白質變性這一重要的生化現象。

　　細胞中蛋白質則是線狀分子，纏繞在一起組成蛋白質特異性結構：有些球形，有些是管狀的，各不相同。這些結構都會(hui) 在變性過程中崩解，蛋白質再次變成線狀，並由於(yu) 失去其功能。

　　刹那之間的崩解

　　之前的研究是基於(yu) 計算分析，假定當溫度超過蛋白質行駛*功能的狹窄溫度範圍時，細胞的大部分蛋白質就會(hui) 變性。比如對於(yu) 腸道細菌大腸杆菌來說，zui適溫度大約為(wei) 37℃，如果高出46°C，細菌就會(hui) 死亡，因為(wei) 蛋白質結構*改變了。

　　但是來自蘇黎世聯邦理工學院的研究人員否定了這一基本理論，由ETH Zurich的Paola Picotti帶領的研究組指出隻有一小部分的關(guan) 鍵蛋白質在達到一個(ge) 臨(lin) 界溫度閾值時會(hui) 發生同時變性。這一研究成果公布在Science雜誌上。

　　研究中，研究人員全麵分析比對了四種生物在不同溫度下所有的蛋白，也就是蛋白質組。他們(men) 將大腸杆菌，人類細胞，酵母細胞和耐熱細菌嗜熱鏈球菌(T. thermophilus)逐漸升溫至76°C。在每次溫度增加後，研究人員都會(hui) 檢測細胞中存在的蛋白質並確定它們(men) 的結構特征。zui終研究人員總共分析了8,000種蛋白質。

　　關(guan) 鍵元件首先出現變性

　　Picotti說，“通過這項研究，我們(men) 發現隻有少數蛋白質在細菌死亡的溫度下發生了崩解。由此我們(men) 對之前關(guan) 於(yu) 生物體(ti) 大多數蛋白質同時變性這一理論提出了質疑。”

　　一旦溫度超出物種特異性*值幾度，研究檢測的蛋白質中有80個(ge) 蛋白質發生了崩解，盡管這些蛋白質隻是構成細胞蛋白質的一小部分，但這對細胞是致命的，因為(wei) 這些蛋白質類型中的一些蛋白具有重要功能，或者說是一個(ge) 大型蛋白質網絡中的關(guan) 鍵組成元件，也就是說是少量蛋白在這種關(guan) 鍵時刻發生了變性。

　　“一旦這些關(guan) 鍵元件出現故障，細胞就無法繼續工作，”Picotti說。

　　靈活性導致不穩定

　　生物係統的關(guan) 鍵元件對熱很敏感，初初來看這似乎是進化上的一個(ge) bug。但是這些蛋白質由於(yu) 其靈活性常常導致不穩定，這也是其能在細胞中完成不同任務的原因，“靈活性和穩定性之間會(hui) 相互排斥，細胞必須作出妥協。”

　　研究人員還發現細胞中也存在許多穩定，且不易發生異常或病理折疊的蛋白質，這從(cong) 細胞的角度來看是很劃算的。因為(wei) 如果這些常見蛋白質發生逆轉，發生錯誤折疊，那麽(me) 細胞就不得不投入大量的能量來進行重構與(yu) 處理，因此細胞中大部分的蛋白質還是要比蛋白更為(wei) 穩定。

　　但是為(wei) 什麽(me) 嗜熱鏈球菌細菌即使在超過70℃的溫度下也不受影響呢?研究人員解釋道，這些細胞會(hui) 優(you) 先穩定那些對熱敏感，功能上關(guan) 鍵的蛋白質，例如適應性蛋白質序列。

　　特殊用途的耐熱細菌

　　Picotti的這一發現可用於(yu) 遺傳(chuan) 修改生物機體(ti) ，幫助它們(men) 承受更高的溫度。目前一些化學品，如乙醇也被用於(yu) 細菌生物工程，但是這些細菌通常隻能在狹窄溫度範圍中工作，這限製了產(chan) 量。如果可以在更高的溫度下進行生產(chan) ，就可以優(you) 化產(chan) 量而不損害細菌。

　　研究人員還發現，某些變性蛋白質在更高溫度下會(hui) 再次聚集，形成聚集體(ti) 。Picotti和她的同事發現在人類細胞中，蛋白質DNMT1首先隨著溫度的升高而發生變性，隨後又與(yu) 其它類似的蛋白聚集在一起。這種和其它具有類似性質蛋白質聚集的性質與(yu) 神經障礙如阿茨海默症或帕金森氏症有關(guan) 。

　　*次全麵穩定性研究

　　這項研究是*個(ge) 大規模在複雜細胞基質中直接分析幾種生物蛋白質的熱穩定性的成果，這些蛋白質並沒有從(cong) 細胞中分離出來，也沒有進行純化，而是直接檢測不同溫度下細胞中的所有蛋白質。