「知冷知熱」的蛋白質摺疊

2020-11-15 科技工作者之家

一幅插圖展示了蛋白質在溶液中摺疊的動力學

水會影響蛋白質摺疊方式，這一假設長期存在。然而，一項新研究對該假設的細節提出了挑戰。近日，發表在《物理化學快報》上的一篇論文表明：蛋白質可能會通過某種特殊的摺疊方式避開水。這一發現或將改變科學家們對溶液中疏水、親水相互作用的看法。

美國萊斯大學、杜蘭大學以及約翰霍普金斯大學醫學院的研究人員共同創建了多肽的原子級模型。該模型顯示蛋白質摺疊也受它們所佔據溶劑的熱膨脹影響，但影響方式與先前假設不同。

萊斯大學布朗工程學院化學和生物分子工程副研究教授Dilip Asthagiri說：「長期以來，我們的觀點是：疏水性胺基酸是蛋白質摺疊的主導力量，它們可以迅速聚集，避免水分。新研究表明溫度——這一經常被模型忽略的因素——也會影響這種現象。」

Asthagiri說：「我們在2017年展示了一種沒有側鏈的內在無序肽模型，親水效應事實上可以壓倒疏水效應驅動的摺疊，使它們展開，即使在沒有帶電殘基的情況下也是如此。但那時我們沒有考慮溫度的影響。」

因此，研究小組開始精確模擬多肽在不同溫度下與水接觸時是如何摺疊、展開的。當研究人員計算水合十碳丙氨酸肽序列及其側鏈的自由能時，他們發現溶劑和肽之間的吸引力也會起作用（特別是當涉及到一個以上肽時）。在模擬的溫度範圍內，多肽周圍的溶劑基質在加熱時會膨脹，從而減少肽周圍以及與肽接觸的溶劑分子數量。這會降低溶劑和肽之間的結合作用。對於溶劑中的小分子來說，這種影響很小；但對於較大的肽和蛋白質，影響會放大。

這一理論表明，親水效應可能有助於蛋白質在冷溶液中的變性或展開。

「溶液環境是影響蛋白質結構的重要因素之一，」該文合著者Lawrence Pratt說，「溶液（包括水）的任何變化都與蛋白質的組合方式及其功能息息相關。自20世紀40年代以來，疏水效應對蛋白質摺疊的影響就已經得到認識，但這種影響其實比想像中更加難以捉摸，因為它具有獨特的溫度依賴性。」

「當溫度升高時，有些疏水效應會變得更強，所以情況會更加穩定。但其實穩定性的增加可能來自其他因素，包括大多數化學家認同的親水效應。」Pratt 補充，「疏水效應和親水效應都起作用，它們既在競爭，也在合作。」

科界原創

編譯：小貝

審稿：西莫

責編：陳之涵

期刊來源：《物理化學快報》

期刊編號：1948-7185

原文連結：https://phys.org/news/2020-11-proteins-cold.html

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