科技日?qǐng)?bào)記者 劉霞

蛋白質(zhì)如何從一根松散的“氨基酸長(zhǎng)鏈”折疊成精確的3D結(jié)構(gòu)，一直是生命科學(xué)的謎題之一。美國國家糖尿病、消化和腎臟疾病研究所等機(jī)構(gòu)科學(xué)家首次直接測(cè)量了單個(gè)蛋白質(zhì)完成折疊所需的時(shí)間，發(fā)現(xiàn)這一過程快得驚人，最快不到1微秒，最慢也僅約4微秒。研究結(jié)果發(fā)表在新一期《物理評(píng)論快報(bào)》上。

蛋白質(zhì)折疊一旦出錯(cuò)，功能就可能失常，甚至引發(fā)疾病。因此，科學(xué)家一直渴望厘清折疊的細(xì)節(jié)。在實(shí)驗(yàn)中，成千上萬個(gè)相同的蛋白質(zhì)分子漂浮在溶液中，它們并不會(huì)同時(shí)折疊好，而是各自在不同時(shí)間完成最終折疊。每個(gè)分子在找到正確形狀之前，還會(huì)經(jīng)歷多次失敗，而科學(xué)家始終無法精確測(cè)量其中最關(guān)鍵的一瞬——蛋白質(zhì)真正“折進(jìn)去”的那一刻。

在最新研究中，團(tuán)隊(duì)通過提升單分子熒光光譜技術(shù)的時(shí)間分辨率，首次捕捉到了這一過程。他們巧妙地在氨基酸鏈兩端分別連接上綠色和紅色熒光染料。起初，綠色染料發(fā)光；當(dāng)鏈開始折疊，兩端靠近時(shí)，能量會(huì)從綠色分子轉(zhuǎn)移到紅色分子，紅色隨即發(fā)光。由于信號(hào)太微弱，研究團(tuán)隊(duì)使用了帶有納米孔的光導(dǎo)裝置來放大信號(hào)，終于觀察到8種不同蛋白質(zhì)的折疊瞬間。

結(jié)果顯示，不同蛋白質(zhì)的折疊速度與其大小、序列或結(jié)構(gòu)并不直接相關(guān)，而是與折疊過程中氨基酸之間的相互作用次數(shù)有關(guān)。那些能形成更多相互作用的蛋白質(zhì)，折疊效率更高。這一發(fā)現(xiàn)證實(shí)了此前理論模型的預(yù)測(cè)。

研究還揭示了一個(gè)耐人尋味的現(xiàn)象：雖然蛋白質(zhì)由22種氨基酸組成，遠(yuǎn)比僅由4種堿基構(gòu)成的DNA復(fù)雜，但蛋白質(zhì)的折疊速度卻遠(yuǎn)超DNA完成類似過程的速度。科學(xué)家推測(cè)，這可能是因?yàn)檫M(jìn)化偏愛“高效折疊”。