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蛋白質折疊:內摩擦力扮演更重要的角色

一個跨國團隊報告,對於一種所知不多的、幾乎發生在我們身體每個細胞的過程,有了新的理解。

蛋白質折疊(Protein folding)是這樣的過程:尚未折疊的胺基酸鍊因呈現(assume)其特定的形狀,因而具有特定的功能。這些功能非常廣泛:在人體內,蛋白質會折疊成為肌肉、荷爾蒙、酵素以及其他各種組成。

“這種蛋白質折疊過程仍是一大謎團," UC Santa Barbara 物理學家 Everett Lipman 表示,他是「Quantifying internal friction in unfolded and intrinsically disordered proteins with single-molecule spectroscopy」這篇論文的作者之一。這篇論文發表在 PNAS 上。

Lipman 表示,一個蛋白質的最終形狀主要由未折疊鍊中,胺基酸成份的序列所決定。在此過程中,這些成份彼此相撞,且達到正確的配置時,胺基酸鍊通過其「過渡態(transition state)」並裝配妥當(snaps into place)。

“我們最終想要理解的是,一個蛋白質的化學物質順序如何決定它將要變成什麼,以及變成那樣的速度有多快," Lipman 說。

利用 UCSB 物理系前畢業生 Shawn Pfeil 所開發的微流體混合技術,這個研究團隊,包括來自蘇黎世大學與德州大學的同僚,能夠監控個別蛋白質分子在折疊時,超級迅速的重新配置(reconfiguration)。

在微流體混合器(mixer)中,一種用來拆解(unravel)蛋白質的「變性劑(denaturant)」 化學物質被迅速稀釋,使得折疊得以在之前無法觸及的自然狀態下觀測到。這些測量證明,內摩擦(internal friction)在折疊過程中所扮演的角色,比先前實驗所能見到的還更加重要,當蛋白質從更密實的未折疊配置(在無變性劑的活細胞內會這樣)開始折疊時,尤其如此。

“在那些尺寸等級下,每樣東西都是由摩擦力所主宰," Lipman 表示,將水中蛋白質分子的環境比喻成糖蜜(molasses)中的人體。分子間的摩擦力以及其液態環境是個問題,獨立於周遭溶劑的「乾」摩擦也一樣。

內摩擦力藉由減少胺基酸鍊探索不同配置(那也許會導致過渡態)的速率來減緩折疊過程。尋找其天然狀態 — 其最終形態 — 所花的時間愈長,在展開狀態下「卡住(get stuck)」的可能性愈高。

“當它展開時,它更容易陷入折疊錯誤的狀態,或著與其他未折疊的蛋白質聚集," Lipman 說。錯誤折疊蛋白質的聚集被認為促成了許多類型的疾病,例如:類澱粉斑塊(amyloid plaques)與阿茲海默症有關。另一方面,未折疊以及未使用的蛋白質有可能被細胞再度分解成它的組成胺基酸。

雖然內摩擦力與聚集,或與某蛋白質之任何片段樣式(那會以相同方式影響其他蛋白質片段)間的關聯尚未證實,不過 Lipman 等人卻對於內摩擦力影響蛋白質折疊過程的程度,有更深入的理解。

“這些測量證實,在實際狀態下,內摩擦力在未折疊態的動力學中扮演一種重要的角色。若某個蛋白質折疊過程的模型未將之納入考量,那麼該模型得經過重新考慮," 他說。

原始文獻:Andrea Soranno, Brigitte Buchli, Daniel Nettels,
Ryan R. Cheng, Sonja Muller-Spath, Shawn H. Pfeil,
Armin Hoffmann, Everett A. Lipman, Dmitrii E. Makarov, and
Benjamin Schuler
PNAS, Published online before print April 6, 2012,
doi: 10.1073/pnas.1117368109

資料來源:PHYSORG:In protein folding, internal friction may play a more significant role than previously thought[April 24, 2012 ]

轉載自only-perception

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