04月28 【蛋白質(zhì)變性】Science、Cell告訴你不一樣的真相
蛋白質(zhì)變性理論，“黑紙白字”寫在生物化學(xué)教科書中（沈同，王鏡巖）：天然蛋白質(zhì)分子因環(huán)境的種種關(guān)系，從有秩序而緊密的構(gòu)造，變?yōu)闊o秩序而松散的構(gòu)造，這就是變性作用。該理論是上世紀(jì)30年代提出的，曾經(jīng)被認(rèn)為是很接近諾貝爾獎的重量級貢獻(xiàn)。一般來說，蛋白質(zhì)變性后，細(xì)胞內(nèi)特異的分子伴侶蛋白—熱休克蛋白負(fù)責(zé)降解、清除這些“失去功能”的蛋白質(zhì)，然后將這些“元?件”重新投入使用。事實果真如此嗎？ Cell Cell文章告訴你：高溫變性的內(nèi)源蛋白質(zhì)能夠在熱休克蛋白幫助下“復(fù)活” 芝加哥大學(xué)的分子生物學(xué)家Allan?Drummond及其同事以酵母為材料進(jìn)行研究【1】。首先讓酵母細(xì)胞通過代謝途徑攝入同位素，從而標(biāo)記胞內(nèi)蛋白質(zhì)。然后讓酵母處于高溫環(huán)境中（但不至于殺死酵母），緊接著快速冷凍細(xì)胞，獲取胞內(nèi)蛋白質(zhì)的實時圖像，同時用質(zhì)譜方式鑒定所有蛋白質(zhì)（包括因為高溫造成的變性蛋白質(zhì)）。 質(zhì)譜共鑒定了982個酵母蛋白，其中有177個蛋白質(zhì)變性后在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中聚集沉淀。意外的是，當(dāng)酵母從高溫環(huán)境中離開后，細(xì)胞恢復(fù)活力，這些已經(jīng)“變性”聚集的胞內(nèi)蛋白也表現(xiàn)出可逆狀態(tài)：無序的蛋白結(jié)構(gòu)重新組裝恢復(fù)原狀。這和以往的認(rèn)識存在巨大的沖突：內(nèi)源蛋白質(zhì)變性沉淀之后又恢復(fù)正常結(jié)構(gòu)。更為神奇的是，當(dāng)溫度恢復(fù)正常后，酵母細(xì)胞會再次生長，但是沒有發(fā)現(xiàn)有大量的新蛋白生成，這就意味著復(fù)性后的蛋白質(zhì)具備正常生物功能。 以往的經(jīng)驗告訴我們，高溫會導(dǎo)致大多數(shù)蛋白質(zhì)變性失活，從而被熱休克蛋白講解清除。而《Cell》的這份研究卻證實變性的內(nèi)源蛋白，在特異的熱休克蛋白幫助下能夠復(fù)性，某種意義上講，這一科研發(fā)現(xiàn)將是對傳統(tǒng)認(rèn)知的顛覆。 Science Science文章告訴你：穩(wěn)定還是不穩(wěn)定，細(xì)胞很會算賬的！ 瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院享譽全球，號稱“歐陸第一名?！保绕湓诘鞍踪|(zhì)組學(xué)研究領(lǐng)域。近期，由Paola?Picotti領(lǐng)導(dǎo)的一項研究發(fā)現(xiàn)，只有一小部分的關(guān)鍵蛋白質(zhì)在達(dá)到一個臨界溫度閾值時會發(fā)生同時變性【2】。本研究中，他們分析比對了四種生物，大腸桿菌、人類細(xì)胞，酵母細(xì)胞和耐熱細(xì)菌嗜熱鏈球菌（T.?thermophilus）在不同溫度下的蛋白質(zhì)組。在每次溫度增加后，研究人員都會檢測細(xì)胞的蛋白質(zhì)組并確定它們的結(jié)構(gòu)特征。最終研究人員總共分析了8,000種蛋白質(zhì)。 研究發(fā)現(xiàn)，一旦溫度超出物種特異性最佳值幾度，雖然少數(shù)（1%左右）蛋白質(zhì)發(fā)生了崩解，但對細(xì)胞產(chǎn)生了致命的影響，因為這小部分蛋白具有重要的功能。但是，這個重要的現(xiàn)象，即只有少數(shù)蛋白質(zhì)在細(xì)菌死亡的溫度下發(fā)生了崩解，卻和之前關(guān)于生物體大多數(shù)蛋白質(zhì)在臨界溫度下同時變性這一理論發(fā)生了沖突。 對這種現(xiàn)象的解釋是，這些不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)其靈活性更高，可以在細(xì)胞中完成不同任務(wù)。而對于大多數(shù)蛋白質(zhì)來說，還是穩(wěn)定一些好。因為如果這些常見蛋白質(zhì)發(fā)生逆轉(zhuǎn)，發(fā)生錯誤折疊，那么細(xì)胞就不得不投入大量的能量來進(jìn)行重構(gòu)與處理，因此細(xì)胞中大部分的蛋白質(zhì)還是要比稀少蛋白更為穩(wěn)定。 看點 參 考 文 獻(xiàn) 1. Wallace?EW,?Kear-Scott?JL,?Pilipenko?EV,?Schwartz?MH,?Laskowski?PR,?Rojek?AE,?Katanski?CD,?Riback?JA,?Dion?MF,?Franks?AM,?Airoldi?EM,?Pan?T,?Budnik?BA,?Drummond?DA.?Reversible,?Specific,?Active?Aggregates?of?Endogenous?Proteins?Assemble?upon?Heat?Stress.?Cell.?2015,?162(6):1286-98. 2.Leuenberger?P,?Ganscha?S,?Kahraman?A,?Cappelletti?V,?Boersema?PJ,?von?Mering?C,?Claassen?M,?Picotti?P.?Cell-wide?analysis?of?protein?thermal?unfolding?reveals?determinants?of?thermostability.?Science.?2017,?355(6327). 抽獎贈書活動！ 點擊填寫問卷，參與抽獎贈好書《生命的未來》!...