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吉大校友PNAS文章解析蛋白折叠新理论

2018-12-03 14:48:26

吉大校友《PNAS》文章解析蛋白折叠新理论

生物通报道:来自巴西圣保罗州立大学(UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA),美国纽约州立石溪大学(Stony Brook University),以及中科院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室(State Key Laboratory of Electroanalytical Chemistry)的研究人员在之前研究的基础上发现了扩散diffusion在蛋白折叠动力学方面的重要作用,这修改了经典的转换状态理论,也为进一步了解折叠机制,更加完善定量经典转换状态理论提供了重要依据。这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》(PNAS)杂志上。

文章的通讯作者是来自以上三所机构的王进博士(Jin Wang,音译),其早年毕业于吉林大学,目前任吉林大学副教授(具体简介见后)。

原文摘要:Published online before print September 5, 2007Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 10.1073/nfiguration-dependent diffusion can shift the kinetic transition state and barrier height of protein folding [Abstract]

结构决定功能,仅仅知道基因组序列并不能使我们充分了解蛋白质的功能,更无法知道它是如何工作的。蛋白质可凭借相互作用在细胞环境(特定的酸碱度、温度等)下自己组装自己,这种自我组装的过程被称为蛋白质折叠。蛋白质折叠问题被列为“21世纪的生物物理学”的重要课题,它是分子生物学中心法则尚未解决的一个重大生物学问题。从一级序列预测蛋白质分子的三级结构并进一步预测其功能,是极富挑战性的工作。研究蛋白质折叠,尤其是折叠早期过程,即新生肽段的折叠过程是全面的终阐明中心法则的一个根本问题,在这一领域中,近年来的新发现对新生肽段能够自发进行折叠的传统概念做了根本的修正。这其中,X射线晶体衍射和各种波谱技术以及电子显微镜技术等发挥了极其重要的作用。第十三届国际生物物理大会上,Nobel奖获得者Ernst在报告中强调指出,NMR用于研究蛋白质的一个主要优点在于它能极为详细的研究蛋白质分子的动力学,即动态的结构或结构的运动与蛋白质分子功能的关系。

目前的NMR技术已经能够在秒到皮秒的时间域上观察蛋白质结构的运动过程,其中包括主链和侧链的运动,以及在各种不同的温度和压力下蛋白质的折叠和去折叠过程。蛋白质大分子的结构分析也不仅仅只是解出某个具体的结构,而是更加关注结构的涨落和运动。例如,运输小分子的酶和蛋白质通常存在着两种构象,结合配体的和未结合配体的。一种构象内的结构涨落是构象转变所必需的前奏,因此需要把光谱学,波谱学和X 射线结构分析结合起来研究结构涨落的平衡,构象改变和改变过程中形成的多种中间态,又如,为了了解蛋白质是如何折叠的,就必须知道折叠时几个基本过程的时间尺度和机制,包括二级结构(螺旋和折叠)的形成,卷曲,长程相互作用以及未折叠肽段的全面崩溃。多种技术用于研究次过程,如快速核磁共振,快速光谱技术(荧光,远紫外和近紫外圆二色)。

在这篇文章中,研究人员则在之前研究的基础上发现了扩散diffusion在蛋白折叠动力学方面的重要作用,并且这种扩散属于典型的构造或反应坐标(reaction coordinate)依赖型。扩散系数(diffusion coefficient)随着蛋白天然状态折叠级数的增加而减少,这主要是由于构造空间约束的一种紧密状态的坍塌造成的。而构造或位置依赖性扩散系数除了热力学自由能障碍外对于动力学也贡献巨大,它能有效的改变动力学域值,以及相应转变状态的位置,从而改变折叠动力学比率和动力学路径。

这一理论修改了经典的转换状态理论,研究人员也需要进一步了解折叠机制,更加完善定量经典转换状态理论。(生物通:张迪)上一页 [1] [2] [3] 下一页

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