芒的学术麦田分享 http://blog.sciencenet.cn/u/wz1416 中国科学院生物物理研究所 博士僧

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蛋白的“呼吸”和“舞蹈”

已有 3558 次阅读 2010-12-4 14:20 |个人分类:journal club|系统分类:论文交流| comformational

    最近边做实验边写paper,时间很紧,但我还是想应该每周都涉猎一些和我做的东西并不是直接相关的好文章,趁周末,简单的写写笔记。

 

    今天这个题目有些来源。蛋白的“呼吸”来自于之前来我们实验室访问的英籍芬兰教授Lloyd,和他交谈的过程中,他说蛋白都是动态的,不是静止的,像人一样,都在呼吸。觉得很有意思,就借用过来。蛋白的“舞蹈”呢,是来自于等会我会介绍的一个科学家的某篇文章中我比较喜欢的一句话:“The secret of enzymes (proteins) lies in their ability to partition energetic contributions among these atoms in a well coordinated style just like the choreography of a beautiful dancer。”在我这份笔记里,我擅自主张的把呼吸,代表蛋白分子/原子的细微扰动(从fs级到us级的时间尺度之间),而将舞蹈,代表蛋白分子比较大的构像变化 (us级到s级的时间尺度之间)。

 

    想起这个题目,主要是因为有看到10月份Science上的一篇文章:

 

    Atomic-Level Characterization of the Structural Dynamics of Proteins http://www.sciencemag.org/content/330/6002/341.full

 

    开始这篇文章的作者引起了我的兴趣,因为我发现它的一作同时也是通讯作者。然后接连3个人共同分享第二作者。这种排列挺有意思,我就去google了一下这个人,结果吓一跳。

 

    David E. Shaw (http://en.wikipedia.org/wiki/David_E._Shaw)。他在斯坦福计算机博士毕业,在哥伦比亚大学当教授。他在华尔街创办了“D. E. Shaw & Co”公司,被财富杂志评论为“华尔街最有趣和最神秘的力量”他也被评为精算之王。后来他又全职回到科研中,是美国科学院院士,并且在克林顿及奥巴马政府担任科学与技术顾问。

 

    回到这篇文章,他主要是发展了先进的计算系统推进了分子动态模拟技术 (MD simulation)。

 

    他用这个系统做了两件事情,模拟了WW 蛋白结构域的折叠与解折叠过程,然后模拟了已经折叠好了的BPTI的动态情况。

 

    蛋白质的折叠是个古老而复杂的问题,今天不想花太多时间,也许以后会有机会谈到,不过从这个问题引发出的一个概念却值得一提。就是能量景观模型。

 

    我想这个学说引入折叠领域是在1968年,Cyrus Levinthal提出了一个问题:一条新生肽链不可能搜索所有的构象最后到达天然的三维结构,一定有其特殊的途径。随后,折叠的漏斗学说,或者能量景观模型被建立。天然的三维结构的自由能最低,在漏斗的底部,折叠过程中,可能的构象数量遵循自由能越低越好的原则越来越少。就像漏斗一样,到达底部。 (http://en.wikipedia.org/wiki/Levinthal_paradox  http://en.wikipedia.org/wiki/Folding_funnel

 

    这个学说在在30年前被引入用在了已经折叠好的蛋白上,也就是说,已经折叠好的蛋白虽然自由能很低,但并不是静止不动的,也是在不停的波动。有些能垒很小,原子的扰动就会让蛋白分子有细微的变化,有些能垒比较大,可能需要底物或协同蛋白诱导其构象变化,而更大的能垒就需要能量的注入了,比如消耗ATP之类的。

 

     但是这些动态或者说不同时间尺度的动态对蛋白的重要作用到底是什么呢?

 

    另一个科学家在这方面有出色的工作,Dorothee Kern,她是位女性科学家,她的经历也很传奇,因为她以前是东德的职业篮球运动员!,现在在美国已经是HHMI研究员了,在Brandeis University做教授。  

 

    她有非常不错的文章,以后要仔细看看,

如:

Transient non-native hydrogen bonds promote activation of a signaling protein. Cell, 139(6):1109–1118, Dec 2009.

Hidden alternative structures of proline isomerase essential for catalysis. Nature, 462(7273):669–673, Dec 2009.

Dynamic personalities of proteins. Nature, 450(7172):964–972, Dec 2007.

A hierarchy of timescales in protein dynamics is linked to enzyme catalysis. Nature, 450(7171):913–916, Dec 2007.

Intrinsic motions along an enzymatic reaction trajectory. Nature, 450(7171):838–844, Dec 2007.

Intrinsic dynamics of an enzyme underlies catalysis. Nature, 438(7064):117–121, Nov 2005.

Enzyme dynamics during catalysis. Science, 295(5559):1520–1523, Feb 2002.

回头看了看,今天写的八卦比较多,主要是他们的文章我还没有仔细的去读,以后来补上。 :)



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