Science新成果顛覆蛋白質經典學說

如果你打開任何一本生物學教材翻到蛋白質的部分，你將會學到蛋白質是由氨基酸序列組成，序列決定了氨基酸鏈如何折疊成一種緊密的結構，且這種折疊蛋白質的結構決定了它的功能。換句話說，序列編碼結構，功能源自結構。

然而教科書有可能不得不改寫。Rohit Pappu和他的兩位同事在9月20日《科學》（Science）雜志上的一篇perspective文章中，揭示了一大類沒有遵循結構-功能范例的蛋白質。這些所謂的內在無序蛋白質無論整體或部分均不能折疊，但它們是具有功能的。

近期我們坐下類與圣路易斯華盛頓大學生物系統工程學中心的主任、生物醫學工程學教授Pappu博士一起追蹤了這一最新的科學。

有多少比例的蛋白質是內在無序的？

它由領域而定。因此在細菌和原核生物中這些數量相當小。它們大約占蛋白質組的5%。但是如果你轉到真核生物或多細胞生物體，那么數量可達到整個蛋白質組的30%或40%。

但是如果你問多少比例構成信號蛋白質組（忙于將信號傳給其他蛋白的蛋白質）的序列是內在無序的，那么其數量則高達60-70%。

似乎存在一種職責分工。結構蛋白參與了催化和運輸。內部無序蛋白對于信號傳導和調控是非常重要的。

為什么是無序蛋白參與了信號傳導與調控？

我認為有兩個邏輯原因。一個是因為與內在無序蛋白相關的復合物是短期存在的，另一個是因為它們通常結合多個而非一個分子。

如果一個分子除了在復合物情況下不能折疊，那么用于折疊的部分能量必定是來自分子間的相互作用。且如果這種分子取得的是能量貸款，那么形成復合物將不會是很穩定或是長期存在的。

你正將高特異性（因為只有當蛋白質識別與它形成復合物的分子時才會折疊）與低整體親和力（因為復合物不穩定）結合到一起。

這些多對一的相互作用產生是因為無序蛋白常常通過短氨基酸鏈而非大的蛋白質與蛋白質界面發揮功能。因此單一的多肽鏈能夠與多個靶標相互作用。一個模體與一個蛋白質對話，第二個模體與另一個蛋白質對話，然而通過這條鏈它們能夠彼此溝通。

這就是為什么這些分子碰巧處在網絡中心的原因。它們通過網絡傳輸信息就像機場中心的空中交通指揮塔臺一樣。由于它們大部分的功能是通過這些非常小的模體來實現，它們能夠協調在自然界大量不同的信息。你使得所有的事情在同一時間發生。

就你的觀點，對于我而言值得注意的是你強調了這些蛋白質的功能性。這個名字是不是有點令人誤解？

你說得對。隨著我們對它們的了解加深，我們認為我們本應該將無序蛋白稱作分子變阻器。對于物理學家而言，無序只是意味著熱量波動是占主導的，因此對于物理學家來說這是一個準確的描述。問題在于在生物醫學領域無序這個單詞已被指定為疾病。

你提到這些蛋白使出高招的一些伎倆。其中我認為很聰明的一個是調節了局部的化學環境來促進特殊反應。

這是一個非常重要的概念。如果你正在試管中做化學試驗，你想使一種反應進行，你要提高反應物的濃度：A需要碰撞B，而且經常這樣做。但這是個概率問題，因此你有可能需要大量的A分子和許多的B才能獲得一些統計學數字。

但如果A與B之間存在一條系繩，確保彼此經常相互碰撞。你或許用少數并非大量的分子就可以了。

這一寬松的系繩，實際上，提高了A環繞B的濃度，且這一系繩往往是一個無序區域。