分子伴侶和異構酶合作機理揭開 可促進蛋白質正確的折疊活動

蛋白質折疊問題是分子生物學中心法則尚未解決的一個重大生物學問題。近日，德國科學家實驗發現，蛋白質折疊過程中分子伴侶亞基能夠增強異構酶的活性，兩者功能的聯合產生了高效的蛋白質折疊輔助作用。相關研究成果發表在近期的《美國國家科學院院刊》上。

氨基酸鏈必須折疊成特定的空間結構，蛋白質才具有生物學功能。當一種蛋白質沒有正確地折疊時，會導致很多種疾病，例如鐮刀型細胞貧血癥、瘋牛病和老年癡呆癥等。因此，蛋白質折疊問題也是生命科學領域的前沿課題之一，與人類健康密切相關。

近年來的研究表明，特定的異構酶有促進蛋白質折疊的功能。其原因在于連接氨基酸的肽鍵有順式和反式兩種異構體，順式肽鍵允許形成細長的肽鏈，反式肽鍵則導致肽鏈的扭結，特定的異構酶可促進上述順反兩種異構體之間的轉換。如果缺少所需的異構酶，這個轉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象并與之結合，防止錯誤折疊或產生不溶物，完成功能后與之分離，不構成這些蛋白質執行功能時的組分。不過，上述兩種輔助折疊功能協同合作的機理一直不清楚。

德國拜羅伊特大學和馬克斯—普朗克蛋白質折疊酶學研究站科學家的最新研究表明，在輔助折疊蛋白鏈時，有分子伴侶亞基的幫助，脯氨酸異構酶對不同的氨基酸都能起到同樣好的效果。科學家描述了一種機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酶的亞基。這個很快就完成的傳遞過程簡化了異構酶亞基的工作。異構酶的工作速度很可能取決于這兩個功能中心的傳遞情況。

上述結論是科學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，異構酶活性高度依賴于脯氨酸序列周圍相對應的短肽和待折疊的蛋白鏈。而有了分子伴侶亞基的存在，蛋白質折疊的活動大幅度增加，且獨立于氨基酸的化學性質。未折疊的蛋白鏈與分子伴侶的良好結合可確保其很好的折疊，并且可用與序列無關的折疊酶來加速。