分子伴侶和異構(gòu)酶合作機(jī)理揭開 可促進(jìn)蛋白質(zhì)正確的折疊活動

蛋白質(zhì)折疊問題是分子生物學(xué)中心法則尚未解決的一個重大生物學(xué)問題。近日，德國科學(xué)家實驗發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)折疊過程中分子伴侶亞基能夠增強(qiáng)異構(gòu)酶的活性，兩者功能的聯(lián)合產(chǎn)生了高效的蛋白質(zhì)折疊輔助作用。相關(guān)研究成果發(fā)表在近期的《美國國家科學(xué)院院刊》上。

氨基酸鏈必須折疊成特定的空間結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)才具有生物學(xué)功能。當(dāng)一種蛋白質(zhì)沒有正確地折疊時，會導(dǎo)致很多種疾病，例如鐮刀型細(xì)胞貧血癥、瘋牛病和老年癡呆癥等。因此，蛋白質(zhì)折疊問題也是生命科學(xué)領(lǐng)域的前沿課題之一，與人類健康密切相關(guān)。

近年來的研究表明，特定的異構(gòu)酶有促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊的功能。其原因在于連接氨基酸的肽鍵有順式和反式兩種異構(gòu)體，順式肽鍵允許形成細(xì)長的肽鏈，反式肽鍵則導(dǎo)致肽鏈的扭結(jié)，特定的異構(gòu)酶可促進(jìn)上述順反兩種異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)換。如果缺少所需的異構(gòu)酶，這個轉(zhuǎn)換的過程就會非常緩慢。另一類有折疊輔助作用的是分子伴侶，它可識別肽鏈的非天然構(gòu)象并與之結(jié)合，防止錯誤折疊或產(chǎn)生不溶物，完成功能后與之分離，不構(gòu)成這些蛋白質(zhì)執(zhí)行功能時的組分。不過，上述兩種輔助折疊功能協(xié)同合作的機(jī)理一直不清楚。

德國拜羅伊特大學(xué)和馬克斯—普朗克蛋白質(zhì)折疊酶學(xué)研究站科學(xué)家的最新研究表明，在輔助折疊蛋白鏈時，有分子伴侶亞基的幫助，脯氨酸異構(gòu)酶對不同的氨基酸都能起到同樣好的效果。科學(xué)家描述了一種機(jī)制來說明這些酶是如何使用它們的亞基來作為最佳折疊酶工作的。首先，分子伴侶的亞基俘獲那些尚未折疊的肽鏈，然后把它們交給異構(gòu)酶的亞基。這個很快就完成的傳遞過程簡化了異構(gòu)酶亞基的工作。異構(gòu)酶的工作速度很可能取決于這兩個功能中心的傳遞情況。

上述結(jié)論是科學(xué)家通過比較兩種不同的酶得出的，一種酶僅擁有脯氨酸異構(gòu)酶亞基，另一種除了催化亞基外還擁有伴侶分子亞基。在沒有分子伴侶亞基的情況下，異構(gòu)酶活性高度依賴于脯氨酸序列周圍相對應(yīng)的短肽和待折疊的蛋白鏈。而有了分子伴侶亞基的存在，蛋白質(zhì)折疊的活動大幅度增加，且獨立于氨基酸的化學(xué)性質(zhì)。未折疊的蛋白鏈與分子伴侶的良好結(jié)合可確保其很好的折疊，并且可用與序列無關(guān)的折疊酶來加速。