耐高溫動物的蛋白如何保持不變性？

　　我們都知道蛋白在高溫下會發生變性，那么對于耐高溫生物來說，它們是如何在其它生物蛋白質已經變性的極端高溫條件下，仍舊保持體內蛋白質微結構和功能的完整性的呢？

　　來自美國斯坦福大學，以及廈門大學的一組研究人員利用計算機模擬方法，在42℃和57℃下進行模擬，獲得蛋白質微結構在不同溫度影響下的變化軌跡，從中發現了在與酶功能緊密相關的氨基酸區域，溫度耐受性更強的蛋白質的柔性更強。

　　這一研究成果公布在Journal of Experimental Biology雜志上，由斯坦福大學的George Somero教授，和廈門大學的董云偉教授領導完成。

　　無論外界環境溫度如何變化，多數恒溫動物的體溫均維持在一個合理且穩定的水平；如果沒有非常特殊的原因，生物不會喪失這一穩態。但對于生活在巖石相潮間帶的變溫動物來說，其體溫則不那么規律。潮間帶許多軟體動物不會隨著潮起潮落而遷徙，當潮水退去時，它們會滯留在高潮間帶，失去了海水的庇護，其機體逐漸干燥，體溫也隨之升高，造成細胞內蛋白質微結構開始變性。然而，高潮間帶Echinolittorina濱螺在炙熱陽光的烘烤下，卻能耐受高達 50℃ 的超高體溫，為何這種耐高溫生物在其它生物蛋白質已經變性的極端高溫條件下，仍舊能保持體內蛋白質微結構和功能的完整性。

　　細胞質蘋果酸脫氫酶（cMDH）廣泛存在于生物體內，參與多種生化途徑，在維持氧化/還原平衡，促進細胞質和細胞器代謝產物交換方面具有重要作用。研究團隊采集了Echinolittorina 科的兩種濱螺：能夠耐受高達 55 ℃極端高溫的塔結節濱螺（E. malaccana），以及熱耐受性稍遜的粒結節濱螺（E. radiata），分析E. malaccana具有如此高熱耐受能力的機制。

　　研究人員從濱螺體內分離出酶后，在20-40C 溫度范圍內，檢測了cMDH 米氏常數（即KMNADH），結果表明E. malaccana cMDH 在高溫條件下比 E. radiata cMDH的催化功能更強。同時在不同溫度下（最高達57.5C ）對酶進行溫度刺激實驗，測定高溫對酶活性的影響，1h 熱激實驗結束后，E. radiata cMDH幾乎完全失去活性，而耐高溫能力更強的 E. malaccana cMDH 雖然活性顯著下降，卻仍未失活，保留了一定活性。

　　為什么E. malaccana cMDH 具有如此高的耐高溫能力？帶著這個疑問，研究人員對上述兩種不同來源的 cMDH 氨基酸序列進行了測定，發現兩個關鍵位點第48號和114號位點。在E. radiata cMDH 中，這兩個位點是絲氨酸，而在 E. malaccana cMDH 中則是最簡單的甘氨酸。

　　為了探究上述氨基酸序列的細微變化是如何影響蛋白質的結構與功能，研究人員又利用計算機模擬方法，在42和57℃下進行模擬，獲得蛋白質微結構在不同溫度影響下的變化軌跡，成功發現 E. malaccana cMDH 在 57C 極端高溫下較 E. radiata cMDH 更穩定的關鍵原因。

　　另一方面，模擬結果也指出，在與酶功能緊密相關的氨基酸區域，溫度耐受性更強的蛋白質的柔性更強。研究人員還指出，局部柔性的增長使得酶在低溫條件下能夠發揮其催化功能，同時能在其它蛋白質已變性的極端高溫條件下，起著穩定蛋白質結構的作用，避免酶在高溫刺激下而失活。