科学家绘制蛋白表达到降解过程图谱

近日来自德国慕尼黑工业大学(TUM)物理学家们通过新技术捕获了单个蛋白质分子的末端序列，并直接连续追踪了这一蛋白分子去折叠和复折叠的完整过程，由此绘制出了从表达到降解整个过程中中间体结构和动力学状态的复杂网络图谱。这一研究为科学家们解析生物细胞的生命过程开启了一扇新窗口。相关研究成果发表在10月28日的《科学》（Science）杂志上。领导这一研究的是德国慕尼黑工业大学生物物理系主任Matthias Rief博士，这位年轻的生物物理学家在物理学和生物学的跨学科领域取得不少重要成果，为生物学研究提供了一些重要的新工具，研究论文多次发表在Science杂志上。蛋白质是一种结构复杂但极其重要的一种生物大分子，其功能很大程度上取决于它们的结构。对于蛋白分析的一种重要方面就是解析蛋白折叠过程，这个过程是一个多相过程，从展开态到折叠态发生一系列复杂的微观过程，深入了解这一折叠机理，对于保留蛋白质活性，维持蛋白质稳定性和包涵体蛋白质折叠复性都具有重要的意义，因此蛋白折叠问题被列为“21世纪的生物物理学”的重要课题。多年来研究人员们一直致力探索多种途径了解它们的折叠（或去折叠）机制。X-射线结构分析法为研究者们提供了蛋白质折叠的“快照”，却无法获得完整的动态过程，Rief此前开发了一种称之为原子力显微镜单分子力谱的新工具，可用于单分子水平研究分子内与分子间的相互作用，揭示超分子结构的本质和动态过程。然而由于这一技术仅能获得分子的长度数据，因而产生的动态影像非常的模糊。在新研究中，Rief与同事开发出了一种超稳定-高分辨率的“光学镊子”，利用这一工具他们可捕获到反向激光束间的微小物体。钙调蛋白是由148个氨基酸残基组成的单链蛋白质，能够与钙结合在细胞内具有促进信息传递的功能，对细胞的生长和发育具有重要的作用。在这篇文章中，研究人员利用“光学镊子”结合单分子力谱，捕获并追踪了单个钙调蛋白分子从折叠状态到去折叠，然后再复折叠的整个过程，连续测量了蛋白质长度、机械力和精确时间的等数据，绘制了不同折叠状态下中间体的结构及动力学状态，以及复杂的信号网络。 “尽管钙调蛋白分子相对于人体中的大多数蛋白而言是一种小分子蛋白，其折叠仍显示了出人意料的复杂性，”Rief说：“大自然能够使得更为复杂的蛋白质发生折叠而不出现错误，了解这一过程在未来仍是一个巨大的挑战。单分子实验或许能为解析这一问题提供一些帮助。”（来源：生物通何嫱）