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x射线散射照亮蛋白质折叠

韩科院的研究人员已经使用x射线的方法来追踪蛋白质折叠的过程,这可以改进计算机模拟这个过程,对理解疾病和改进药物发现也有帮助。他们的研究结果发表在6月30日的《美国国家科学院院刊》上。

当蛋白质从它们的DNA编码中被翻译出来时,它们迅速地从无功能的、展开的状态转变为折叠的、有功能的状态。折叠的问题会导致阿尔茨海默氏症和帕金森氏症等疾病。

“蛋白质折叠是最重要的生物过程之一,因为它形成了具有功能的三维蛋白质结构,”韩国科学研究院化学系物理化学家Hyotcherl Ihee解释说。来自Ihee小组的这项研究的主要作者Tae Wu Kim博士补充说,“理解蛋白质折叠的机制很重要,并且可以为疾病研究和药物开发铺平道路。”

Ihee的团队开发了一种使用x射线散射技术的方法来揭示蛋白质细胞色素c是如何从最初的展开状态折叠起来的。这种蛋白质由104个氨基酸链和一个含铁的血红素分子组成。它经常用于蛋白质折叠研究。

研究人员将蛋白质放在溶液中,用紫外线照射它。这一过程为细胞色素c提供电子,将其内部的铁元素从铁元素减少为亚铁元素,从而引发折叠。在这个过程中,研究人员以极短的间隔向样本发射x射线。x射线散射了样品中的所有原子对,探测器连续记录了x射线的散射模式。x射线散射模式提供了关于蛋白质三维结构的直接信息,这些模式随时间的变化显示了蛋白质在折叠过程中的实时运动。

研究小组发现细胞色素c蛋白最初以多种未展开状态存在。一旦折叠过程被触发,它们会在31.6微秒内被一组中间产物停止,然后这些中间产物会沿着不同的路径,不同的折叠时间达到能量稳定的折叠状态。

“我们不知道这种折叠路径的多样性是否可以推广到其他蛋白质上,”Ihee承认。他接着说,“然而,我们相信我们的方法可以用于研究其他蛋白质折叠系统。”

Ihee希望这种方法可以通过包含蛋白质非结构状态的信息来提高模拟蛋白质相互作用模型的准确性。这些模拟很重要,因为它们可以帮助识别正确折叠的障碍,并根据氨基酸序列预测蛋白质的折叠状态。最终,这些模型将有助于阐明某些疾病的发展以及药物如何与各种蛋白质结构相互作用。

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