关于蛋白质折叠的研究概况

　　在生物体内,生物信息的流动可以分为两个部分：第一部分是存储于DNA序列中的遗传信息通过转录和翻译传入蛋白质的一级序列中,这是一维信息之间的传递,三联子密码介导了这一传递过程；第二部分是肽链经过疏水塌缩、空间盘曲、侧链聚集等折叠过程形成蛋白质的天然构象,同时获得生物活性,从而将生命信息表达出来；而蛋白质作为生命信息的表达载体,它折叠所形成的特定空间结构是其具有生物学功能的基础,也就是说,这个一维信息向三维信息的转化过程是表现生命活力所必需的。

　　自从20世纪60年代,Anfinsen基于还原变性的牛胰RNase在不需其他任何物质帮助下,仅通过去除变性剂和还原剂就使其恢复天然结构的实验结果,提出了“多肽链的氨基酸序列包含了形成其热力学上稳定的天然构象所必需的全部信息”的“自组装学说”以来,随着对蛋白质折叠研究的广泛开展,人们对蛋白质折叠理论有了进一步的补充和扩展。Anfinsen的“自组装热力学假说”得到了许多体外实验的证明,的确有许多蛋白在体外可进行可逆的变性和复性,尤其是一些小分子量的蛋白,但是并非所有的蛋白都如此。而且由于特殊的环境因素,体内蛋白质的折叠远非如此。

　　体内蛋白质的折叠往往需要有其他辅助因子的参与,并伴随有ATP的水解。因此,Ellis 于1987年提出了蛋白质折叠的“辅助性组装学说”。这表明蛋白质的折叠不仅仅是一个热力学的过程,显然也受到动力学的控制。有的学者基于有些相似氨基酸序列的蛋白质具有不同的折叠结构,而另外一些不同氨基酸序列的蛋白质在结构上却相似的现象,提出了mRNA二级结构可能作为一种遗传密码从而影响蛋白质结构的假说。但目前为止,该假说尚没有任何实验证据,只有一些纯数学论证[3]。那么,蛋白质的氨基酸序列究竟是如何确定其空间构象的呢？围绕这一问题科研人员已进行了大量出色的工作,但迄今为止我们对蛋白质的折叠机制的认识仍是不完整的,甚至有些方面还存在着错误的观点。

　　在这方面作出重要贡献的典型研究实例是美国C.B.安芬森小组关于牛胰核糖核酸酶的变性和复性的研究。牛胰核糖核酸酶含有124个氨基酸残基,由8个巯基配对组成4对二硫键。可以计算出酶分子中8个巯基组成4对二硫键的可能方式有105种,这就提供了一个定量估算复性重组的指标。在温和的碱性条件下,8摩尔的浓脲和大量巯基乙醇能使四对二硫键完全还原,整个分子变为无规则卷曲状,酶分子变性。透析去除脲,在氧的存在下,二硫键重新形成,酶分子完全复性,二硫键中成对的巯基都与天然一样,复性分子可以结晶且具有与天然酶晶体相同的X射线衍射花样,从而证实,酶分子在复性过程中,不仅能自发地重新折叠,而且只选择了105种二硫键可能配对方式中的一种。