來自美國著名的貝爾醫(yī)學(xué)院（Baylor College of Medicine）Verna和Marrs McLean生化與分子生物學(xué)系（Verna and Marrs McLean Department of Biochemistry and Molecular Biology ）大分子成像國家中心，以及德克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心（University of Texas Southwestern Medical Center）的研究人員利用低溫電子顯微鏡（Electron cryomicroscopy）技術(shù)首次獲得了結(jié)合在GroES上的分子伴侶GroEL（SR398）單環(huán)突變的構(gòu)造,，從而發(fā)現(xiàn)當(dāng)環(huán)境條件與蛋白天然環(huán)境一致時(shí),，蛋白以及多蛋白質(zhì)聚合物（multiprotein assemblies）會(huì)表現(xiàn)出與靜態(tài)時(shí)不同的作用或動(dòng)力學(xué)——而這正是目前大多科學(xué)家研究蛋白的狀態(tài)，這對(duì)于蛋白研究來說是一個(gè)警告,。這一研究成果公布在最新出版的《Structure》雜志上,。
這一研究報(bào)告第一作者是來自貝爾醫(yī)學(xué)院的陳東華（Dong-Hua Chen，音譯）,，第二作者為德州大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心的宋久利（Jiu-Li Song,，音譯）。
原文檢索：
Structure, Vol 14, 1711-1722, November 2006
An Expanded Conformation of Single-Ring GroEL-GroES Complex Encapsulates an 86 kDa Substrate
[Abstract]
蛋白質(zhì)折疊有兩種形式,，一種是蛋白質(zhì)能自發(fā)的獲得其成熟的構(gòu)型,，這種能力被稱為自我裝配（Self-assemby）；另外一種情況下,，蛋白可能會(huì)采取一種與最終構(gòu)型不同的穩(wěn)定構(gòu)型,，這種蛋白不能進(jìn)行自我裝配，它們形成正確的結(jié)構(gòu)需要分子伴侶（Chaperone）協(xié)助,。
分子伴侶家族龐大,，包括Hsp70,、Hsp40 和Hsp10等，其中Hsp60在大腸桿菌中稱為GroEL,，Hsp10在大腸桿菌中稱為GroES,，大腸桿菌GroEL是同型寡聚復(fù)合體，由14個(gè)相對(duì)分子質(zhì)量58×103亞基組成背靠背的雙環(huán)結(jié)構(gòu),，在新生蛋白質(zhì)的正確折疊和組裝以及在熱或化學(xué)逆境下變性蛋白質(zhì)的恢復(fù)過程中起重要作用,，也幫助折疊錯(cuò)誤的蛋白分子逆轉(zhuǎn)——折疊錯(cuò)誤的蛋白與許多神經(jīng)退化性疾病有關(guān)。
在這篇研究報(bào)告中,，chen等人利用低溫電子顯微鏡得到了GroEL蛋白突變體在仿天然環(huán)境下（native-like environment）單個(gè)分子的詳細(xì)二維圖像,，然后利用計(jì)算機(jī)和生物信息學(xué)方法，他們將這些圖像整合成三維圖像,，演示這些蛋白的動(dòng)力學(xué),。
奇怪的是，當(dāng)研究人員組合GroEL突變體和GroES蛋白時(shí)發(fā)現(xiàn)在得到的三種結(jié)構(gòu)中,，有兩種與他們預(yù)期的相同,，但是第三種結(jié)構(gòu)看起來十分奇怪，就像是一個(gè)鼓起來的氣球,。研究人員表示這是一種從未被觀測(cè)到的一種膨脹,。
因此研究人員認(rèn)為說明在原始天然環(huán)境和研究環(huán)境中，不同的蛋白質(zhì)可能具有不同的形狀而影響其功能,，這也就是說目前的許多蛋白研究可能會(huì)造成一些誤解,，大分子性能表現(xiàn)研究需要在溶液環(huán)境中進(jìn)行。
（生物谷：張迪）
附：
如何進(jìn)行蛋白設(shè)計(jì),？
Imagine能根據(jù)需要來構(gòu)建一種全新的蛋白——任何小分子的生物傳感器,，或者一種新型的酶,。這不純粹是幻想,，計(jì)算結(jié)構(gòu)生物學(xué)（Computational structural biology）能幫助我們實(shí)現(xiàn)這一想法。
世界上的許多研究團(tuán)隊(duì)一樣,，來華盛頓大學(xué)的HHMI研究員David Baker教授也已經(jīng)開始初步設(shè)計(jì)新蛋白和蛋白的折疊,，計(jì)算能折疊形成具有自然界中未被發(fā)現(xiàn)的酶活性的氨基酸序列。這種可行性僅僅受我們想象力的限制：繪制設(shè)計(jì)一種核酸內(nèi)切酶來防止瘧疾,，檢測(cè)生物恐怖試劑的分子傳感器,，或者一種阻止HIV進(jìn)化的疫苗。
科學(xué)家們已經(jīng)多年嘗試開發(fā)一種能根據(jù)氨基酸序列來簡易地預(yù)測(cè)蛋白結(jié)構(gòu)的方法,。想象只要具備一種生物的基因組的序列,，科學(xué)家們就能夠刻畫出這種生物的每一種蛋白的結(jié)構(gòu)，這將使得單從基因序列無法發(fā)現(xiàn)的蛋白的生物分子相互作用,、結(jié)構(gòu)同源性,、功能作用和潛在的藥物靶標(biāo)得到揭示 ,。
雖然還存在漫長的路要走，但是在算法的改善和計(jì)算能力的增強(qiáng)的情況下,，在蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)和設(shè)計(jì)方面的令人興奮進(jìn)展一定到來,。
Structure Prediction
二十世紀(jì)七十年代利用RNAase進(jìn)行的經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)證明了蛋白折疊所需的信息全部存在于自身的氨基酸序列中。這表明蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)能直接進(jìn)行,。但是從序列到結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)就像是生物學(xué)中的“天氣預(yù)報(bào)”,，存在著困難。因?yàn)楸M管一種相對(duì)小的蛋白也會(huì)存在著多種可能的構(gòu)像,。根據(jù)Levinthal's Paradox,，假設(shè)每種氨基酸具有自由的三種軸對(duì)稱轉(zhuǎn)動(dòng)度，含100個(gè)氨基酸殘基的序列具有3100的可能構(gòu)型,。
為了攻克這個(gè)問題,，David Baker等人已經(jīng)開發(fā)了一種叫做ROSETTA的計(jì)算機(jī)程序，它的核心部分是一種計(jì)算給定蛋白構(gòu)象的能量的方法,。消除不可能的蛋白結(jié)構(gòu),，例如暴露于溶劑中的疏水結(jié)構(gòu)，該程序?qū)λ械牡鞍渍郫B的畫面進(jìn)行取樣,，檢測(cè)大約一百萬種具有最低能量結(jié)構(gòu)的可能構(gòu)象,。
為了檢驗(yàn)這一研究，自從1998年開始,，David Baker和他的同事參加了一個(gè)叫做CASP (Critical Assessment of techniques for protein Structure Prediction; http://www.predictioncenter.org/)的世界性的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn),，進(jìn)入了ROSETTA預(yù)測(cè)程序的利用階段。CASP于十多年前創(chuàng)立,，是一種結(jié)構(gòu)生物學(xué)證明平臺(tái),，是一種要求參與者在蛋白結(jié)構(gòu)被闡明擔(dān)未公開的情況下預(yù)測(cè)蛋白的形狀的團(tuán)體性實(shí)驗(yàn)和競爭。然后這些預(yù)測(cè)與正確的結(jié)構(gòu)相比較,，舉行會(huì)議討論得到的結(jié)果,，確定最具前景的預(yù)測(cè)方法和剩下仍未解決的最重大問題。雖然目前還沒有一種算法能得到完全正確的結(jié)構(gòu),，但是ROSETTA在這些測(cè)試中表現(xiàn)良好,，并且每年我們的預(yù)測(cè)與其他小組的預(yù)測(cè)更加接近。
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