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研究人员揭开了蛋白质中基本的沟通过程

蛋白质对于每个活细胞都是必不可少的,并且对许多基本过程负责。特别是,它们需要作为代谢中的生物催化剂以及细胞内和细胞之间的信号传导。许多疾病是由于这种沟通失败而产生的,蛋白质中信号传导的起源一直是大量科学争论的源头。现在,哥廷根大学的一个研究小组第一次实际观察到了在每个活细胞中完成这项工作的移动质子,从而为这些机制提供了新的见解。结果发表在Nature上。

由Kai Tittmann教授和Ricardo Mata教授领导的哥廷根大学的研究人员找到了一种培养人类蛋白质高质量蛋白质晶体的方法。汉堡的DESY粒子加速器可以观察到在蛋白质内移动的质子(具有正电荷的亚原子粒子)。这种令人惊讶的“质子之舞”表明,蛋白质的远端部分能够瞬间相互通信 - 就像电线在电线上移动一样。

此外,Tittmann的小组获得了其他几种蛋白质的高分辨率数据,以前所未有的细节显示了一种氢键的结构,其中两个较重的原子有效地共享质子(称为“低势垒氢键”)。这是第二个惊喜:数据证明,低阻隔氢键确实存在于解决长达数十年争议的蛋白质中,并且实际上在该过程中起着至关重要的作用。

“我们观察到的质子运动非常类似于被称为牛顿摇篮的玩具,其中能量立即沿着一系列悬浮的金属球运输。在蛋白质中,这些移动质子可以立即连接蛋白质的其他部分,”Tittmann解释说,他也是哥廷根马克斯普朗克生物物理化学研究所的马克斯普朗克研究员。在Mata教授的实验室中,借助量子化学计算模拟了该过程。这些计算为质子的通信机制提供了新的模型。“我们已经知道很长一段时间,质子可以以协调的方式运动,例如在水中。现在看来蛋白质已经以这样的方式进化,它们实际上可以使用这些质子进行信号传递。”

研究人员认为,这一突破可以使人们更好地了解生命的化学,提高对疾病机制的认识并导致新的药物治疗。这一进步应该能够开发可切换的蛋白质,这些蛋白质可以适应医学,生物技术和环境友好化学中的多种潜在应用。

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