《科学》：研究蛋白折叠过程的新技术

　　

生物通报道：提起研究蛋白结构，第一时间想到的应该就是核磁共振吧。但是核磁共振只能对蛋白某一状态进行研究，最近来自美国加州大学的科学家们发明了一种十分巧妙的方法。他们让蛋白练起了瑜珈，并进行实时检测，最终证实了一件让大家争论了15年的事：那就是在蛋白折叠过程中存在一种中间过程。这一文章发表在9月23日的Science上。

过去人们会发现一些部分折叠的蛋白，但是这些蛋白往往都被认为是失败的产物，需要重新折叠的。这种中间体同时也被认为是淀粉质*的前体。

*生物通注：淀粉质是一种在患有风牛病和老年痴呆症病人脑部观察到的一种病灶。

Susan Marqusee是加州大学柏克利分校的分子与细胞生物学的教授，她一直对细菌中的一种核糖核酸酶进行研究。这种名为核糖核酸酶H的酶时负责清理在DNA复制过程中清理转录时留下的RNA的。它只含有155个氨基酸，在过去12年中，人们已经利用核磁共振等手段对它的结构进行了许多研究。核糖核酸酶H与人类免疫缺陷病毒的部分结构十分类似，因此是一种抗艾滋病的药物。

*生物通注：淀粉质是一种在患有风牛病合老年痴呆症病人脑部能发现的一种病态区域。

Carlos Bustamante则是物理学、化学和分子与细胞生物学的的教授，他的研究方向是利用光学镊子（optical tweezer）*对单个分子进行一些推拉的操作。这些技术较多使用在RNA和DNA分子上。他也曾经利用这个技术抓住并费力的推动了一种较大的蛋白——肌蛋白titin，但是由于它的结构过于复杂，使实验无法进行下去。

*生物通注：光学镊子就是用光形成的镊子，它是建立在光辐压原理上的。光学镊子对粒子无损伤，具有非接触性，作用力均匀，微米量级的精确定位，可选择特定个体，并可在生命状态下进行操作等特点，特别适用于对细胞和亚细胞层次上活体的研究，如对细胞或细胞器的捕获，分选与操纵，弯曲细胞骨架，克服布朗运动所引起的细菌旋转等。

Marqusee的实验室就在Bustamante的隔壁，于是她想到利用光学镊子来夹住蛋白以进行实验。因为光学镊子需要利用一种微米级的塑料珠去进行操作，如果直接用这种珠子去夹蛋白就会像在两个足球之间操纵一个血红细胞，太困难了。于是Marqusee想到用DNA连到蛋白上，利用DNA去操纵蛋白。

结果，研究人员成功的让蛋白练起了瑜珈，从而对蛋白从非折叠到正确折叠的整个过程进行了观察。

 

如上图所示，利用光学镊子研究人员成功将蛋白慢慢拉开来，然后再慢慢让它回缩以观察它是如何形成正常的构象。这种介于未折叠和已折叠之间的中间状态被研究人员形容为熔球（molten globule）。它不像正常折叠后结构紧密的蛋白那样脆弱，你可以用光镊拉扯它，它不会被轻易破坏结构。熔球具有正常蛋白所有的二级结构，但是这种二级结构尚未正确折叠形成更高级的结构。

这是研究人员首次直接观察这种蛋白折叠过程中形成的中间状态，同时它也为研究蛋白折叠提供了一种崭新的研究模式。

生物通记者 谢菲