科學(xué)故事蛋白質(zhì)化學(xué)-展示頁
2025-06-19 02:05本頁面
【正文】 無任何活性的無規(guī)卷曲。事實上，這種酶特別適合用后一種途徑進行研究，首先因為二硫鍵是決定其分子形狀的主要因素。但要觀測折疊過程既可以從一個新合成的尚沒有折疊的蛋白質(zhì)開始，也可以在體外將一個已折疊好的蛋白質(zhì)去折疊（unfold），然后再觀察它的再折疊（refold）過程。當(dāng)時他最想知道的是：一個蛋白質(zhì)是如何折疊成它獨特的三維構(gòu)象的？需不需要其他酶的幫助？蛋白質(zhì)為什么要采取特定的構(gòu)象？Christian 然而，要想了解蛋白質(zhì)的折疊過程，首先需要建立一種方法能夠測量或評估蛋白質(zhì)的構(gòu)象，其次還需要找到一種手段用以檢測折疊過程。在1950年之前，Anfinsen一直從事蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)方面的研究。不同氨基酸在物理、化學(xué)性質(zhì)上的差異可用來分離氨基酸，其中最常見的方法是電泳和層析。只有脯氨酸和羥脯氨酸與茚三酮反應(yīng)產(chǎn)生黃色物質(zhì)，其余生成藍紫色物質(zhì)，利用此反應(yīng)可對氨基酸進行定性或定量分析。其共性有：縮合反應(yīng)、手性（Gly除外）、兩性解離、具有等電點，以及氨基酸氨基和羧基參與的化學(xué)反應(yīng)，包括與亞硝酸的反應(yīng)、與甲醛的反應(yīng)、Sanger反應(yīng)、與異硫氰酸苯酯的反應(yīng)和與茚三酮的反應(yīng)等。氨基酸有多種不同的分類方法：根據(jù)R基團的化學(xué)結(jié)構(gòu)和在pH7時的帶電狀況，可分為脂肪族氨基酸、不帶電荷的極性氨基酸、芳香族氨基酸、帶正電荷的極性氨基酸和帶負電荷的極性氨基酸；根據(jù)R基團對水分子的親和性，可分為親水氨基酸和疏水氨基酸；根據(jù)對動物的營養(yǎng)價值，可分為必需氨基酸和非必需氨基酸。22種標(biāo)準(zhǔn)氨基酸可使用三字母或單字母縮寫來表示。目前已發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)氨基酸有22種，其中20種最為常見，而硒半胱氨酸和吡咯賴氨酸比較罕見。組成多肽和蛋白質(zhì)的氨基酸除Gly外，都屬于L型的α 氨基酸（Pro為亞氨基酸）。隨著更多種生物的基因組序列被破譯，有理由認(rèn)為某些有趣的事情遲早會發(fā)生。然而，Krzycki相信它也可能存在于其他有機體內(nèi)。綜合以上兩個發(fā)現(xiàn)以及更為詳細的晶體結(jié)構(gòu)，他們確信他們發(fā)現(xiàn)了第二十二種由DNA編碼的氨基酸——吡咯賴氨酸。不僅如此，Krzycki還在尋找其他證據(jù)。經(jīng)過兩年的研究，Chan和Hao終于確定了這個蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)玫降鞍踪|(zhì)的氨基酸序列以后，他們發(fā)現(xiàn)由琥珀密碼子決定的氨基酸似乎僅僅是一個賴氨酸。他們意識到這個古怪的密碼子也許編碼一種新的氨基酸，但也有其他的可能性。然而，讓Krzycki吃驚的是 ，該終止密碼子竟然編碼一種氨基酸，而且這種奇怪的現(xiàn)象還出現(xiàn)在其他幾種與甲烷產(chǎn)生有關(guān)的基因上。1998年，他們發(fā)表了這個基因的全序列，結(jié)果顯示其閱讀框架內(nèi)含有一個反常的琥珀型終止密碼子（amber codon）。1995年，Krzycki的研究小組分離得到一些與甲烷生成有關(guān)的特殊蛋白質(zhì)。俄亥俄州立大學(xué)由Joseph A. Krzycki領(lǐng)導(dǎo)的研究小組一直在研究一種屬于古細菌的產(chǎn)甲烷微生物——巴氏甲烷八疊球菌（Methanosarcina barkeri）。到了1986年，科學(xué)家們終于在含硒蛋白中發(fā)現(xiàn)第二十一種標(biāo)準(zhǔn)氨基酸——含硒半胱氨酸。第一章氨基酸科學(xué)故事：第二十二種標(biāo)準(zhǔn)氨基酸生物學(xué)家因發(fā)現(xiàn)新的氨基酸帶來的喜悅不亞于物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了新的粒子或化學(xué)家發(fā)現(xiàn)了新的元素。1986年以前，人們一直認(rèn)為，出現(xiàn)在蛋白質(zhì)分子中的由遺傳密碼編碼的標(biāo)準(zhǔn)氨基酸殘基只有20種。時隔16年之后，來自美國俄亥俄州立大學(xué)的兩個研究小組在產(chǎn)甲烷細菌里發(fā)現(xiàn)了第二十二種標(biāo)準(zhǔn)氨基酸——吡咯賴氨酸。此微生物能夠?qū)渭装罚╩onomethylamine）、二甲胺（dimethylamine）和三甲胺（trimethylamine）轉(zhuǎn)變成甲烷。兩年以后，他們分離得到編碼其中一個蛋白質(zhì)的基因，并測定出了它的核苷酸序列。密碼子是決定氨基酸的三字母核苷酸序列（參看“第三十八章蛋白質(zhì)的生物合成與細胞內(nèi)降解”），琥珀型終止密碼子的核苷酸序列是TGA，它通常不決定任何氨基酸，它的出現(xiàn)一般是多肽鏈合成結(jié)束的標(biāo)志。與此同時，由Michael Chan領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開始研究由琥珀密碼子編碼的氨基酸的結(jié)構(gòu)。Krzycki及其同事決定測定原來蛋白質(zhì)的氨基酸序列。但是，Krzycki仍然要求Chan和他的一個博士研究生Bing Hao對含有這個氨基酸的蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)進行研究以確定那個氨基酸的性質(zhì)。他們得到的一些數(shù)據(jù)表明那個氨基酸是一個新的氨基酸。他和他的博士研究生Gayathri Srinivasan、Carey James很快發(fā)現(xiàn)了一種新的特異性tRNA——專門負責(zé)將新的氨基酸插入到蛋白質(zhì)之中，同時還發(fā)現(xiàn)其他一些與此過程有關(guān)系的酶。他們還認(rèn)為，這個新的氨基酸是一個非常罕見的氨基酸，所以這么多年后才被發(fā)現(xiàn)。對此Chan表示同意并指出，發(fā)現(xiàn)第二十二種氨基酸將激勵更多的研究者去尋找第二十三種乃至第二十四種氨基酸。 小結(jié)氨基酸是一類同時含有氨基和羧基的有機小分子。氨基酸不僅可以作為寡肽、多肽和蛋白質(zhì)的組成單位或生物活性物質(zhì)的前體，也可以作為神經(jīng)遞質(zhì)或糖異生的前體，還能氧化分解產(chǎn)生ATP。非蛋白質(zhì)氨基酸通常以游離的形式存在，作為代謝的中間物和某些物質(zhì)的前體，具有特殊的生理功能。某些標(biāo)準(zhǔn)氨基酸在細胞內(nèi)會經(jīng)歷一些特殊的修飾成為非標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)氨基酸。氨基酸的性質(zhì)由其結(jié)構(gòu)決定。與亞硝酸的反應(yīng)可用于Van Slyke定氮，與甲醛的反應(yīng)可用于甲醛滴定，Sanger反應(yīng)和與異硫氰酸苯酯的反應(yīng)可用來測定N端氨基酸。多數(shù)氨基酸的側(cè)鏈可能發(fā)生特殊的反應(yīng)，可以此鑒定氨基酸。第二章 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)科學(xué)故事：一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)由其一級結(jié)構(gòu)決定的學(xué)說最初由Christian B. Anfinsen于1954年提出。在進入美國國立衛(wèi)生研究所（NIH）以后，繼續(xù)從事這方面的研究。Anfinsen以牛胰核糖核酸酶（ribonuclease）為研究對象輕而易舉地解決了第一個問題（實際上選用此酶的部分原因是當(dāng)時的芝加哥肉類加工公司能夠為他的實驗室隨時提供足夠的原材料），因為核糖核酸酶催化RNA的水解，其酶活性完全取決于其特定的三維構(gòu)象，于是酶活性成為測量這種蛋白質(zhì)采取何種構(gòu)象的一種方法。Anfinsen選擇了后一種途徑。另外，此酶是一種單純蛋白質(zhì)，只有124個氨基酸殘基組成，含有4個二硫鍵，而且其活性很容易通過測定水解RNA釋放出來的核苷酸量來測定。對還原的核糖核酸酶的物理性質(zhì)進行分析的結(jié)果清楚地表明了它的確采取的是無規(guī)卷曲的形狀。考慮到被還原的核糖核酸酶要在已被還原的8
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