中國科(ke)學(xue)院上海藥物研(yan)(yan)究所科(ke)學(xue)家在(zai)(zai)與老(lao)年(nian)癡呆形成相關(guan)的淀粉樣多肽(tai)（β-amyloidpeptide,Aβ）構(gou)象(xiang)變化機(ji)理研(yan)(yan)究方面取得重要(yao)進展，首(shou)次在(zai)(zai)原(yuan)子水(shui)平捕捉到(dao)Aβ在(zai)(zai)水(shui)溶液中從琢-螺旋到(dao)β-折疊(die)的構(gou)象(xiang)轉變，并(bing)發現其原(yuan)因是疏水(shui)C端(duan)四個(ge)甘氨酸(suan)的有序(xu)排列(lie)，提(ti)出(chu)了(le)該(gai)變化具有序(xu)列(lie)依賴性的觀點。4月12日，該(gai)研(yan)(yan)究結果發表在(zai)(zai)國際權威(wei)期刊《美國科(ke)學(xue)院院刊（PNAS）》上。
Aβ是老(lao)年(nian)癡呆病(bing)理(li)特征中淀粉斑的(de)主(zhu)要成(cheng)分(fen)(fen)，由(you)β-分(fen)(fen)泌酶和(he)(he)酌-分(fen)(fen)解淀粉樣前體(ti)蛋白(bai)得到(dao)，一般包含39~43個氨(an)基(ji)酸(suan)。在正常生理(li)條件下(xia)，人體(ti)內存在納(na)摩爾級(ji)濃度的(de)Aβ，但(dan)是在一些(xie)特定的(de)條件下(xia)，由(you)于淀粉樣前體(ti)蛋白(bai)和(he)(he)早老(lao)素基(ji)因(yin)等發生錯義突(tu)變，導(dao)致(zhi)Aβ大(da)量產生并聚(ju)集(ji)，繼(ji)而引發老(lao)年(nian)癡呆的(de)一系列(lie)病(bing)變反應。實驗(yan)(yan)(yan)研(yan)究(jiu)表明，Aβ在聚(ju)集(ji)狀態下(xia)以(yi)(yi)β-折疊為主(zhu)，而非(fei)聚(ju)集(ji)時則(ze)根據不(bu)同的(de)環境采(cai)用不(bu)同的(de)構(gou)象(xiang)，如在生物膜(mo)和(he)(he)有機溶(rong)劑(ji)中以(yi)(yi)琢-螺(luo)旋為主(zhu)，在水溶(rong)液中則(ze)以(yi)(yi)卷(juan)曲為主(zhu)。但(dan)是由(you)于Aβ非(fei)常容易聚(ju)集(ji)和(he)(he)構(gou)象(xiang)轉(zhuan)變所需(xu)時間非(fei)常短，因(yin)此，Aβ從琢-螺(luo)旋到(dao)β-折疊或者(zhe)從卷(juan)曲到(dao)β-折疊的(de)構(gou)象(xiang)轉(zhuan)變過程到(dao)目前為止仍然(ran)無法用實驗(yan)(yan)(yan)方(fang)法測定，而理(li)論計算(suan)模擬可(ke)以(yi)(yi)彌補(bu)實驗(yan)(yan)(yan)研(yan)究(jiu)的(de)不(bu)足。
中(zhong)(zhong)國(guo)科學(xue)院上海藥物(wu)研究(jiu)所藥物(wu)發(fa)現與(yu)設計中(zhong)(zhong)心蔣華(hua)(hua)良和沈建華(hua)(hua)Aβ進(jin)行了大(da)規模的(de)(de)(de)分(fen)子(zi)(zi)動力學(xue)模擬研究(jiu)，對(dui)Aβ的(de)(de)(de)構(gou)象(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)化與(yu)其(qi)(qi)聚集機理(li)進(jin)行深(shen)入系統的(de)(de)(de)闡述。通過對(dui)Aβ在水溶液和磷脂雙層(ceng)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)多次(ci)長時間分(fen)子(zi)(zi)動力學(xue)模擬（模擬時間接(jie)近1微秒(miao)），第一次(ci)在原(yuan)子(zi)(zi)水平上捕捉到(dao)Aβ在水溶液中(zhong)(zhong)從(cong)琢-螺(luo)旋到(dao)β-折疊(die)的(de)(de)(de)構(gou)象(xiang)(xiang)轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)；通過殘基(ji)(ji)突變(bian)(bian)(bian)找到(dao)導致這種(zhong)構(gou)象(xiang)(xiang)轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)的(de)(de)(de)原(yuan)因(yin)是疏水C端四個甘氨酸的(de)(de)(de)有(you)序排列(lie)，從(cong)而提出了Aβ的(de)(de)(de)構(gou)象(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)化具有(you)序列(lie)依賴性(xing)的(de)(de)(de)觀(guan)點。他們還模擬了Aβ在磷脂層(ceng)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)構(gou)象(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)化分(fen)子(zi)(zi)動力學(xue)行為，發(fa)現Aβ從(cong)其(qi)(qi)前體蛋白水解(jie)后(hou)趨(qu)向生物(wu)膜表面運動，而且與(yu)水溶液中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)構(gou)象(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)化不同(tong)，在磷脂雙層(ceng)中(zhong)(zhong)Aβ沒有(you)形成β-折疊(die)結構(gou)，并對(dui)Aβ在不同(tong)環(huan)境中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)不同(tong)構(gou)象(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)化以及導致其(qi)(qi)向β-折疊(die)結構(gou)轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)的(de)(de)(de)關鍵因(yin)素進(jin)行分(fen)析。這些研究(jiu)為闡述Aβ在老年癡呆致病過程中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)作用機理(li)及設計阻止Aβ聚集的(de)(de)(de)藥物(wu)奠定了基(ji)(ji)礎。
目前，上(shang)海藥物研究所科研人(ren)員正根據Aβ新藥的設計。
你說的這個是真(zhen)的，我(wo)也看到(dao)了(le)，官(guan)方報道還能有假？！話說，在(zai)百度了(le)解到(dao)我(wo)國干(gan)細(xi)胞臨(lin)床研(yan)究(jiu)這幾年的發展還是蠻迅速，國內相繼頒布政策支持(chi)干(gan)細(xi)胞領域創(chuang)新研(yan)發應(ying)用，干(gan)細(xi)胞研(yan)究(jiu)涌現出了(le)一(yi)系列重(zhong)要(yao)科研(yan)成果，此外，博雅這樣(yang)的行業機構也在(zai)干(gan)細(xi)胞臨(lin)床研(yan)究(jiu)投入了(le)大(da)力的精力，相信未來干(gan)細(xi)胞一(yi)定能為咱們人類(lei)健康(kang)提(ti)供(gong)更(geng)好的服務。
核酸二級結構一般是指DNA雙螺旋結構，RNA一般比較flexible，以線性存在，但在分子生物學中也經常出現RNA二聚體這樣的形式，或像tRNA這樣的也具有二級結構
蛋(dan)白質的二(er)級(ji)結(jie)構(gou)指的是(shi)在其一級(ji)結(jie)構(gou)的基(ji)礎上進一步折(zhe)疊，其中(zhong)可看(kan)到的折(zhe)疊形(xing)態有alpha helices, beta sheets, beta turn和一些(xie)loop結(jie)構(gou)，這些(xie)結(jie)構(gou)一起構(gou)成了(le)蛋(dan)白質的二(er)級(ji)結(jie)構(gou)
今年是中國科學家人工合成結晶牛胰島素44周年。1965年9月17日，中國科學院生物化學研究所等單位經過6年多的艱苦工作，第一次用人工方法合成了一種具有生物活力的蛋白質———結晶牛胰島素，作為中國人的驕傲，許多人認為，這是中國科學家與諾貝爾獎距離最近的一次。它和“兩彈一星”研究一樣，也是中國人在科學領域的面子———不但證明了
中國人是聰明的，增強了中華民族的自信心，還證明了中國在科研領域可以和西方發達國家相競爭，甚至在一窮二白的基礎上做出世界一流的成果。
40年來，圍繞這項工作，已經出現過數以千計的各種形式的報道。但是，在這個為期六七年的研究中，還有一些鮮為人知的故事，其中，被探究得最少的可能是1960年前后的“大兵團作戰”。
以科學家為中心
人工合成胰島素課題于1958年12月底正式啟動。由于工作非常艱難、工作量非常大，而自己既缺乏有機合成經驗，人手又不夠，所以剛一開始，課題的首倡者中國科學院生物化學研究所就先后請求與中國科學院有機化學研究所、北京大學化學系有機教研室合作。有機所不肯加入，而北京大學很快就同意了。經過幾輪磋商，1959年3月，生化所和北大化學系簽定了合作協議。剛剛于1958年由生化所協助建立的復旦大學生物系生化教研室也想參加胰島素合成工作。生化所不太愿意，只同意讓它參與做一點天然胰島素的制備工作，沒把它列為正式的協作單位。
北京大學的相關工作由有機教研室主任邢其毅教授、研究組組長張滂教授領導。他們和陸德培等4位青年教師、季愛雪等4位研究生一道，帶領有機專業的十多名應屆畢業生以畢業論文的方式開展合成研究。而生化所則建立了由鄒承魯、鈕經義、曹天欽、沈昭文等人分別負責的5個研究小組，他們各帶了一批年輕的科研人員，分頭探路———因探路成功而一直延續下來了的只有由鄒承魯負責的天然胰島素拆、合小組和由鈕經義負責的胰島素肽鏈有機合成小組。
經過一年的探索，到1959年底時，他們雖然未能像早期計劃的那樣完成胰島素工作，但也已獲得拆、合天然胰島素等幾項重要的成果。這不但基本解決了合成工作大的路徑問題，還給一些領導干部造成了該研究只剩了“堆肽”技術活的印象。
北京大學開展群眾運動
就在這時，“反右傾”運動迎面撲了過來。就像“大躍進”運動導致了胰島素人工合成課題的提出一樣，1959年的“反右傾”運動也影響了胰島素工作的研究方式。作為直接的導火索，它給胰島素工作帶來了一種富有時代特點的科研方式———“大兵團作戰”。
很多年以來，北京大學一直處于時代的漩渦中心，這一次，又率先響應了上級的號召，最早開展了轟轟烈烈的群眾運動。1959年底，在新調來的系黨總支書記的領導下，化學系的學生對自己的老師展開了猛烈的批判，批判他們信心不足、固步自封、按部就班、有名利思想、走白專道路、奉行“爬行主義”、小團體主義和本位主義，在科學研究方面搞神秘論，把科研工作進行得“沉沉悶悶”、“冷冷清清”，等等。
批判結果之一是胰島素合成工作的領導班子被徹底改組：原來的領導人中，張滂被開除出胰島素合成隊伍，留下來的邢其毅也因為“對合成胰島素不積極”而不再對這項工作具備發言權。改由1958年才畢業留校的一位青年教師負責業務工作；1960年4月時，又有十多位同學提前3個月畢業，作為“會戰組”黨支部委員加入了領導班子；新來的系黨總支書記直接領導他們。在這些缺乏科研經驗的新班子的指揮下，北大化學系及少量生物系“革命師生”共約300人“參加了這場科研大戰”，一大批“連氨基酸符號還不認識”的青年教員和三、四、五年級學生成了胰島素研究的“尖兵”，成了“科研的主力軍”。他們“從無到有，從不會到會”，“不懂就學，遇到困難就學毛主席著作”。
在這些人看來，合成多肽是一件非常簡單的事：“把兩段多肽倒到一起，就叫合成了一個新的多肽———也沒問是否發生了反應，具體產物是什么東西。”邢其毅等“老”科學家和原來那些比較“右”的青年教師當然不太認同那些做法，但他們不敢說，只能根據組長、小組長等人的指示執行屬于自己的工作。于是，北京大學的進展奇快，“僅用兩個星期就完成了4、7、5、5四個肽段”；再花兩個星期，到1960年2月17日，就“用兩種方法同時合成了胰島素A鏈上的12肽”；隨后，于“4月22日合成了A鏈”。
受北大化學系群眾運動的激發，1960年1月下旬，“在整風反右傾的基礎上”，生化所也開始大量抽調工作人員支援原有的兩個研究小組。經過幾次“苦戰十晝夜”，他們也在4月20日前“合成了B鏈30肽”。
復旦大學加入競爭
正當北大化學系和生化所的科研“競賽”進行得如火如荼的時候，復旦大學生物系橫空殺了進來。1960年1月30日，在上海市委、上海市科委和復旦大學黨委的支持下，復旦大學生物系某黨支部委員組織了六七十位師生(其中2／3是一至三年級的學生)，開始另起爐灶，單獨籌劃胰島素人工合成工作。3月25日，“為了迎接市工業會議的召開”，他們“進一步大搞群眾運動”，組織了120名師生——包括復旦大學生物系生化專業四個年級所有的大約80名學生——“邊干邊學”，熱火朝天、不分晝夜地進行胰島素合成。其方法和北京大學化學系的學生所做的類似，都不對中間產物作分離和鑒定，只是拼命往后趕。當時的生物系生化教研室主任沈仁權副教授比較內行，但她被擱到了一邊，對這項工作沒有發言權。于是，復旦大學所報出來的進度也非常快，“在4月22日完成了B鏈30肽”。
1960年4月19-26日，以穩定基礎研究工作為重要主題的中國科學院第三次學部會議在上海舉行。在這個會議上，由中科院生化所、北京大學化學系、復旦大學生物系三個單位所主演的胰島素合成戲劇達到了高潮：它們先后向學部大會獻了禮，分別宣布自己初步合成了人工胰島素B鏈、A鏈以及B、A二鏈！北大的代表還乘飛機把自己合成的A鏈帶了過來。聽到這些振奮人心的消息，聶榮臻、郭沫若等領導興奮異常，他們不但發表了熱情洋溢的講話，還于當天晚上在中蘇友好大廈為全體相關人員舉行了盛大的慶功宴，只留了拆、合小組的杜雨蒼和張友尚在實驗室里進行人工胰島素A鏈和人工胰島素B鏈的全合成工作。聶榮臻和大家一道都在那兒等著，要求他們一出成果，馬上敲鑼打鼓過去報喜。新華社也已經寫好了報道稿———標題為“揭開生命現象的神秘面紗我國對人工合成蛋白質已建功勛”。一切都只等他們的好消息。但直到宴會結束，垂涎欲滴的他們也沒有離開實驗室。
4天之后，拆、合小組仍沒能合成人工胰島素。這時，復旦大學又爆出喜訊：他們首次得到了具有生物活性的人工胰島素！上海市長隨即在人民廣場宣布了這件大喜事。消息刺激了北京市委，他們給北大發指示，說：咱們搞北京牌的胰島素；中國那么大，搞兩個胰島素也不算多；可以互相驗證。要求北大也進行B鏈合成，也單獨合成胰島素。于是，北京大學只好于1960年5月1日“又開辟了第二個戰場”，成立了新的B鏈組，大搞B鏈的合成。
科學院開展“特大兵團作戰”
上海市委和北京市委的競爭也給中國科學院黨組帶來了很大壓力。為了在競賽中勝過高等教育部，在院黨組正、副書記張勁夫、杜潤生的親自督促下，1960年5月4日，中國科學院上海分院黨委書記王仲良決定親自掛帥任總指揮，組織了由有機所黨總支書記邊伯明任副總指揮，生化所所長王應睞、有機所代所長汪猷、生化所副所長曹天欽任正副參謀長，生化所青年科技工作者李載平任具體指揮，生化所黨支部書記王芷涯負責后勤保障工作的指揮部，指揮生物化學所、有機化學所、藥物所、細胞生物學所、生理研究所等五個研究所進行“特大兵團作戰”。在當晚舉行的“第一次司令部會議”上，生化所黨支部提出，“要以20天時間完成人工全合成”。王仲良要求搶時間，在“半個月內完成全合成”。最初不肯參加這項工作的汪猷接著表態：“既然分院黨委決定，我們立即上馬……半個月太長，要在一個星期內完成。”就這樣，在有關領導“這是一個重大的政治任務”、“拿不下來就摘牌子”的敦促下，科學院上海分院開始了風風火火的群眾運動。
5月5日，相關研究所共派出344人參加這項工作。他們打破了原有的所、室、組的正常建制，組成了一個混合編隊，下屬多個“戰斗組”，統一安排。戰斗組組長一律由青年人擔任，原來擔任組長的研究員改當組員；生化所一個肽組的組長甚至是一位連多肽都未見過、新近從中國科學院山西分院過去的進修生。他們“采取了一日二班制的辦法”，建立了工作流水線。雖然有很多人并不愿意放下自己手頭原有的研究轉到這項工作中來，但既然黨的領導干部在親自指揮這項工作，他們也普遍表現得很積極。很多人“每天除了幾小時的睡眠，其他的時間都在試驗臺旁度過”；“有人甚至把鋪蓋搬進實驗室”，根本不怕有毒的藥品，根本不顧及自己的身體健康。還有些工作骨干“甚至兩天不睡”，以至于領導下決定“必須……安排骨干分子的休息睡眠”。
可胰島素人工合成畢竟是基礎科學研究，和軍事斗爭、工農業生產有一定區別。在這里，“一個人卅天的工作等于卅個人一天的工作”并不成立。這么多人忙了7天、15天、20天、一個月，依然沒有實現最初的目標。50天后，人工合成的A、B鏈終于“正式進行會師”，可非常令人遺憾，“總的情況是人A人B(編者注：人工合成胰島素A鏈、B鏈)全合成沒有出現活力”。不但如此，在隨后的20天內，“合成A鏈進行三次人A天B(編者注：人工合成胰島素A鏈、天然胰島素B鏈)測定，結果均無活力”。
王應睞一直心懷整個國家的生化事業，對這種費錢、費力而不討好的研究方式急在心上，早就想將其停下來。1960年7月底，他終于鼓起勇氣向中國科學院黨組的領導反映了自己的想法，強調人太多沒有好處，專業不對口的在里面起不到什么作用，還是應該減少一點，讓隊伍精干一點，都是熟悉業務的人，這樣進展會更快。張勁夫和杜潤生與科學工作者是比較貼心的，發動大兵團作戰一段時間后，見效果不明顯，就認真考慮了王應睞的建議。
于是，“1960年7月，杜潤生同志指示說，大兵團作戰，搞長了不行，應精干隊伍”。隨后，“經過三天大會，總結辯論，生理、實生、藥物三個所下馬，留下生化、有機兩個所”。剩下兩所的參與人數也逐漸減少，到年底時，生化所只剩了“精干隊伍近20人”，“有機所……只剩下7人”。
在交了上百萬元的昂貴學費后，科學院的大兵團作戰就這樣偃旗息鼓。
1960年，北京大學化學系、生物系參加胰島素工作的學生沒有正常的暑假，直到10月份他們還在繼續工作。終于又合成了三批人工合成A鏈，自己測試有活力，于是把它們送到生化所。但到那兒之后，它們又失活了！10月下旬，生化所決定派杜雨蒼和張友尚過去“學習”。果然不出所料，北京大學所用的測試方法是不規范的！誰也不知道他們“合成”的究竟是什么，惟一可以肯定的是那不是胰島素A鏈！60萬元的巨額經費已經用盡，結果又如此不如人意，而且人員傷病還相當嚴重———其中，有3個學生被嚴重燒傷；有60多個學生得了肺結核———工作當然無法進行下去了。連總結都沒做，北京大學化學系的大兵團作戰就這樣鳴金收兵。
復旦大學生物系的情況與北京大學的類似，也是因為經費等問題而于1960年下半年停止。
“大兵團作戰”階段所獲得的產物，除有機所還留了一點用于繼續提純和分析，后來還陸續整理出了幾篇論文外，其他單位七八百位科技工作者和學生轟轟烈烈、辛辛苦苦忙了好幾個月，所收獲的恐怕就是失敗的教訓了。
作為那個時代所獨有的科研方式，“大兵團作戰”本身是很值得關注的。輕視原本就非常少的專家，由領導干部直接指揮不懂行的群眾用搞運動方式做研究，這是中國人在科研方式上的獨特創造，也確實實踐了當時一些領導所設想的“無產階級的科學道路”。但遺憾的是，在胰島素工作中，這條研究道路行不通。
腳踏實地終獲成功
“大兵團夾擊胰島素”遇挫之后，國家也已進入調整時期。在“調整、充實、鞏固、提高”八字方針的指導下，開始允許科研人員和教師做自己感興趣的工作。于是，有機所的一些研究人員表示要再次“敲鑼打鼓”把這個課題“送還生化所”，而生化所的絕大部分參與者也心灰意懶，希望下馬這個課題。北京大學化學系的情況也類似。但聶榮臻、王仲良、張龍翔、汪猷等多級領導人堅決不同意這樣做。在他們的要求和命令下，中科院和北京大學的胰島素工作分別持續了下來，只是把隊伍精干到了總共20多人——北大最少的時候只剩兩個人，而中科院方面也只剩了一二十人，他們大部分都為早期的參與者——工作方式也恢復到了以前冷清、緩慢而腳踏實地的狀態。
在國家科(ke)委的撮(cuo)合(he)下，1963年底，北京(jing)大學(xue)(xue)化學(xue)(xue)系和(he)中(zhong)科(ke)院有機所、生化所又開始重新(xin)合(he)作———北京(jing)大學(xue)(xue)化學(xue)(xue)系主(zhu)要負責合(he)成(cheng)(cheng)胰島(dao)素(su)(su)A鏈(lian)前9肽。又經過兩年時(shi)間(jian)，到(dao)1965年9月17日，他(ta)們(men)取得了(le)人(ren)工(gong)胰島(dao)素(su)(su)結晶，終(zhong)于完成(cheng)(cheng)了(le)胰島(dao)素(su)(su)的人(ren)工(gong)合(he)成(cheng)(cheng)。換句話說，在研(yan)究人(ren)員和(he)研(yan)究方法都(dou)基本恢復到(dao)了(le)先前走所謂(wei)“資產階級的科(ke)學(xue)(xue)工(gong)作道路”時(shi)的狀態(tai)后，他(ta)們(men)成(cheng)(cheng)功(gong)了(le)。
淺談蛋白質折疊的有關問題
[關鍵字]生物 大分子 分子伴侶 蛋白質的折疊 識別 結合
生物大分子的結構與功能的研究是了解分子水平的先象的基礎。沒有對生物大分子的結構與功能的認識，就沒有分子生物學。正如沒有DNA雙螺旋結構的發現，就沒有遺傳傳達傳遞的中心法則，也就沒有今天的分子生物學。結構分子以由第一分子進入對復和物乃至多亞基，多分子復和體結構研究。同時，過去難以研究的分子水平上的生命運動情況也隨著研究的深入和技術手段的發展而逐漸由難點變為熱點。蛋白質晶體學研究已從生物大分子靜態（時間統計）的結構分析開始進入動態（時間分辨）的結構分析及動力學分析。第十三屆國際生物物理大會的25個專題討論會中有一半以上涉及蛋白質的結構與功能，而“結構與功能”又強調“動力學（Dynamics）”，即動態的結構或結構的運動與蛋白質分子功能的關系，以及對大分子相互作用的貢獻。
蛋白質折疊問題被列為“21世紀的生物物理學”的重要課題，它是分子生物學中心法則尚未解決的一個重大生物學問題。從一級序列預測蛋白質分子的三級結構并進一步預測其功能，是極富挑戰性的工作。研究蛋白質折疊，尤其是折疊早期過程，即新生肽段的折疊過程是全面的最終闡明中心法則的一個根本問題，在這一領域中，近年來的新發現對新生肽段能夠自發進行折疊的傳統概念做了根本的修正。這其中，X射線晶體衍射和各種波譜技術以及電子顯微鏡技術等發揮了極其重要的作用。第十三屆國際生物物理大會上，Nobel獎獲得者Ernst在報告中強調指出，NMR用于研究蛋白質的一個主要優點在于它能極為詳細的研究蛋白質分子的動力學，即動態的結構或結構的運動與蛋白質分子功能的關系。目前的NMR技術已經能夠在秒到皮秒的時間域上觀察蛋白質結構的運動過程，其中包括主鏈和側鏈的運動，以及在各種不同的溫度和壓力下蛋白質的折疊和去折疊過程。蛋白質大分子的結構分析也不僅僅只是解出某個具體的結構，而是更加關注結構的漲落和運動。例如，運輸小分子的酶和蛋白質通常存在著兩種構象，結合配體的和未結合配體的。一種構象內的結構漲落是構象轉變所必需的前奏，因此需要把光譜學，波譜學和X射線結構分析結合起來研究結構漲落的平衡，構象改變和改變過程中形成的多種中間態，又如，為了了解蛋白質是如何折疊的，就必須知道折疊時幾個基本過程的時間尺度和機制，包括二級結構（螺旋和折疊）的形成，卷曲，長程相互作用以及未折疊肽段的全面崩潰。多種技術用于研究次過程，如快速核磁共振，快速光譜技術（熒光，遠紫外和近紫外圓二色）。
一、新生肽段折疊研究中的新觀點
長期以來關于蛋白質折疊，形成了自組裝（self-assembly）的主導學說，因此，在研究新生肽段的折疊時，就很自然的把在體外蛋白質折疊研究中得到的規律推廣到體內，用變性蛋白的復性作為新生肽段折疊的模型，并認為細胞中新合成的多肽鏈，不需要別的分子的幫助，不需要額外能量的補充，就應該能夠自發的折疊而形成它的功能狀態。
1988年，鄒承魯明確指出，新生肽段的折疊在合成早期業已開始，而不是合成完后才開始進行，隨著肽段的延伸同時折疊，又不斷進行構象的調整，先形成的結構會作用于后合成的肽段的折疊，而后合成的結構又會影響前面已形成的結構的調整。因此，在肽段延伸過程中形成的結構往往不一定是最終功能蛋白中的結構。這樣，三維結構的形成是一個同時進行著的，協調的動態過程。九十年代一類具有新的生物功能的蛋白，分子伴侶（Molecularchaperone）的發現，以及在更廣泛意義上說的幫助蛋白質折疊的輔助蛋白(Accessoryprotein)的提出，說明細胞內新生肽段的折疊一般意義上說是需要幫助的，而不是自發進行的。
二、蛋白質分子的折疊和分子伴侶的作用
蛋白質分子的三維結構，除了共價的肽鍵和二硫鍵，還靠大量極其復雜的弱次級鍵共同作用。因此新生肽段在一邊合成一邊折疊過程中有可能暫時形成在最終成熟蛋白中不存在不該有的結構，他們常常是一些疏水表面，它們之間很可能發生本不應該有的錯誤的相互作用而形成的非功能的分子，甚至造成分子的聚集和沉淀。按照自組裝學說，每一步折疊都是正確的，充分的，必要的。實際上折疊過程是一個正確途徑和錯誤途徑相互競爭的過程，為了提高蛋白質生物合成的效率的，應該有幫助正確途徑的競爭機制，分子伴侶就是這樣通過進化應運而生的。它們的功能是識別新生肽段折疊過程中暫時暴露的錯誤結構的，與之結合，生成復和物，從而防止這些表面之間過早的相互作用，阻止不正確的非功能的折疊途徑，抑制不可逆聚合物產生，這樣必然促進折疊向正確方向進行。（從哲學的觀點說，似乎很容易駁斥自組裝學說，它違背了矛盾的普遍性原理，試想，如果蛋白質的每一步折疊均是正確的，充分的，必要的，豈不是在無任何矛盾的前提下，完成了復雜的最穩定構象的形成，即完成了由量變到質變的偉大飛躍，從無活性的肽鏈變成有活性的功能蛋白，這顯然是違背哲學基本原理的。換一個角度想，生物進化的過程本來就充滿著不定向的變異，這些變異中有適應環境的，也有不適應環境的，“物競天擇”，自然的選擇淘汰了那些不適應的，保留了那些適應的。蛋白質分子的折疊不也與此類似嗎？我想，蛋白質的一級結構只是肽鏈折疊并形成功能蛋白的特定三維結構的內因，實際上，多肽鏈在形成活性蛋白的每一步，都有潛在的可能形成“不正確”的折疊，如果沒有象分子伴侶或其它幫助蛋白等外部因素的作用，多肽鏈也永遠不能折疊成為活性蛋百。）
三，分子伴侶的作用機制
分子伴侶的作用機制實際上就是它如何與靶蛋白識別，結合，又解離的機制。有的分子伴侶具高度專一性，如一些分子內分子伴侶，還有細菌Pseudomonascepacia的酯酶，有它自己的“私有分子伴侶”。它是由基因limA編碼的，與酯酶的基因LipA只隔3個堿基，可能是進化過程中發生的基因分裂造成的。而一般的分子伴侶識別特異性不高，它是怎樣識別需要它幫助的對象的呢？現在只能說分子伴侶識別非天然構象，而不去理會天然的構象。由于在天然分子中，疏水殘基多半位于分子的內部而形成疏水核，去折疊后就可能暴露出來，或者在新生肽段的折疊過程中，會暫時形成在天然構象中本應該存在于分子內部的疏水表面，因此認為分子伴侶最有可能是與疏水表面相結合，如硫氰酸酶（Rhodanese）分子α-helix的疏水側面。但是只有β-sheet結構的蛋白質才可為分子伴侶識別。
最近關于識別機制有較大的進展。Bip是內質網管腔內的分子伴侶，用一種affinitypanning的方法檢查Bip與有隨機序列的十二肽結合的特異性，結果發現，Hy-(W/X)-Hy-X-Hy-X-Hymotif與Bipj結合最強，Hy最多的是Trp、Leu、Phe，即較大的疏水殘基。一般來說，2-4個疏水殘基就足夠進行結合。還有一種較普遍的說法是分子伴侶識別所謂熔球體結構（moltenglobule）。另一方面，分子伴侶本身與肽結合部位的結構分析最近也有些進展。譬如，PapD的晶體結構表明，多肽結合在它的β-sheet區。GroEL中，約40kD的153-531結構域是核苷酸的結合區。
分子伴侶作用的第二步是與靶蛋白形成復合物。非常盛行的一種模型認為分子伴侶常常以多聚`體形式而形成中心空洞的結構，用電子顯微鏡已經觀察到由二圈層圓面包圈形組成的十四體GroEL分子和一個一層圓面包圈的七體GroES分子協同作用形成中空的非對稱籠狀結構（cagemodel），推測靶蛋白可以在與周圍環境隔離的中間空腔內不受干擾的進一步折疊。但是不久前一個日本實驗室發現GroEL的一個亞基，甚至其N端去除78個氨基酸殘基的50kD片段，已經不能再組裝成十四體結構，都有確定的分子伴侶功能。由此，我想:也許環狀分子伴侶并非每個部位都是有效的結合部位，也就是說，該二層圓面包圈組成的十四體GroEL分子只有一個或若干個部位能夠與疏水殘基或所謂的熔球體結構結合，而其余部位起識別作用，就像一個探測器一樣，整個十四體GroEL分子以圈層或籠狀結構”包裹”在多肽鏈的主鏈上，以旋進方式再多肽鏈的鏈體上運動，一旦環狀多聚體的某一識別部位發現疏水結構或所謂的熔球體結構等新生肽鏈折疊過程中暫時暴露的錯誤結構，經信號轉導，多聚體的結合部位便與之結合，生成復合物，抑制不正確的折疊。以上完全是我個人的猜想，是基于上述兩個試驗現象的矛盾而試圖作一番解釋。至于為什么假設以旋進方式在多肽鏈上運動，我并沒有相應的根據，只是覺得這應該是一個動態過程，因此作了一番狂妄的假想,另外，我覺得也許可以用X射線衍射來探測一下分子伴侶GroEL和GroES組成的籠狀結構，看看它的a×b×c是否足以容納多肽鏈的某一段，或者它的內部和外部的疏水性質和其他一些物化性質如何，也許可以找到支持或駁斥上述假設的證據。
以上談的都是蛋白質的分子伴侶。不久前又出現了一個新名詞“DNAchaperones”，DNA分子伴侶，這種分子伴侶是與DNA相結合并幫助DNA折疊的。在這種復合物中，DNA分子包圍在蛋白質分子的表面，既是高度有序的，又是在一定程度上結構已有所改變的。DNA與蛋白的這種相互作用對DNA的轉錄，復制以及重組都十分重要;或如在核小體中，對DNA的包裝是必須的。DNA在溶液中的結構有相當的剛性，必須克服一個能障才能轉變成它的蛋白復合物中的結構，分子伴侶的作用就是幫助DNA分子進行折疊和扭曲，從而把DNA穩定在一個適合于和蛋白結構的特定構型中。這種結合是協同的，可逆的在形成復合物之后便解離下來。因此，不論是DNA分子伴侶還是蛋白分子伴侶，都與DNA和蛋白的相互作用有關，與基因調控有關，看來，分子伴侶確實與最終闡明中心法則當前主要問題有密切關系。
四、分子伴侶和酶的區別
與分子伴侶不同，以確定為幫助蛋白質折疊的酶目前只有兩個，一個是蛋白質二硫鍵異構酶(proteindisulfideisomerase，PDI);另一個是肽基脯氨酸順反異構酶(peptidylprolylcis-transisomerase，PPI)。以PDI為例，眾所周知，蛋白質分子中的二硫鍵與新生肽段的折疊密切相關，對維系蛋白質分子的結構穩定性和功能發揮也有重要作用。PDI定位在內質網管腔內，含量豐富，催化蛋白質分子內巰基與二硫鍵之間的交換反應。同時，它是目前發現的最為突出的多功能蛋白，除了二硫鍵的異構酶的基本功能外，它還是脯氨酸-4-羥化酶的α亞基;又是微粒體內甘油三酯轉移蛋白復合物的小亞基，還是一種糖基化位點結合蛋白(gkycisylationsitebindingprotein)等。其中，最引人注目的還是它有與多肽結合的能力，可以結合具有不同序列，長度和電荷分布的肽，特異性較低，主要是與肽的主鏈相作用，但對巰基尚有一些偏愛。按照分子伴侶的定義，一般認為PDI和分子伴侶是兩類不同的幫助蛋白，但是我國上海生物物理研究所最近提出不同的看法，認為蛋白質二硫鍵異構酶也具有分子伴侶的功能。
蛋白質分子中天然二硫鍵的形成要求這些在肽鏈上往往處于不相鄰位置的巰基，首先通過肽鏈一定程度的折疊，才能相互接近到可以正確形成二硫鍵的位置。肽鏈的自身折疊是一個慢過程，而蛋白質二硫鍵異構酶催化蛋白質天然二硫鍵的形成卻是一個快過程。另一方面，蛋白質二硫鍵異構酶具有低特異性的與各種不同肽鏈相結合的能力，在內質網中以極高的濃度存在，又是是一個鈣結合蛋白，是一個能被磷酸化的蛋白，這些都已經符合了分子伴侶的條件。因此他們推測蛋白質二硫鍵異構酶很可能首先通過它與伸展的，或部分折疊的肽段的結合，阻止錯誤的折疊途徑，促進正確的中間物生成，幫助肽鏈折疊是相應的巰基配對，從而是正確的二硫鍵得以形成;然后催化巰基的氧化或二硫鍵的異構而形成天然二硫鍵。他們認為蛋白質二硫鍵異構酶的酶活性與它的分子伴侶功能不是相互排斥，而是密切相關，協調統一的。分子伴侶與幫助新生肽鏈折疊的酶之間，大概不應該，也不能夠劃一條絕對的分界線。我想:酶的最主要特性就是催化生化反應，分子伴侶的主要作用是與新生肽段的錯誤構象結合，從而阻止肽鏈不正確的非功能的折疊途徑，促使其向正確的折疊方向反應，這難道不可以理解成間接的催化肽鏈的折疊嗎?從表觀上看，抑制不正確的折疊途徑等于加快了正確反應的速度。所以，我本人也很贊成他們的觀點。最近的試驗已經為這一假說提供了很好的證據。PDI明顯抑制變性的甘油醛-3-磷酸脫氫酶在復性股過程中的嚴重聚合，有效的提高它的復性效率，與典型的分子伴侶GroE系統對甘油醛3-磷酸脫氫酶復性的效應極其相似。
五、分子伴侶的結構
目前唯一解出晶體結構的分子伴侶是E.coli的PapD，幫助鞭毛蛋白折疊的分子伴侶。還有HSP70的N端結構域，即ATP結合域也以有晶體結構。用電子顯微鏡已經清楚的看到了GroEL的十四聚體和GroEL的七聚體的四級結構，象兩個圓形中空的面包圈疊在一起，用NMR以及各種溶液構象變化是研究分子伴侶作用機制的有效手段。
六、分子伴侶研究的實際應用
分子伴侶的研究成果必然會大大加深我們對生命現象的認識，同時也一定會增加我們與自然斗爭的能力和自身生存的能力。由于分子伴侶在生命活動的各個層次都具有重要作用，它的突變和損傷也必定會引起疾病，因此可以期望運用分子伴侶的知識來治療所謂的”分子伴侶病”。另一方面，利用對分子伴侶的研究成果從根本上提高基因工程和蛋白工程的成功率，也必將對大幅度提高人類生活水平起重要作用。
[參考書目]
1.李寶健主編，面向21世紀生命科學發展前沿，廣東科技出版社，1996年11月第一版：93-104頁
2．郝柏林劉寄星主編，理論物理與生命科學，上海科學技術出版社，1997年12月第一版：29-58頁
3．中(zhong)國生物(wu)物(wu)理(li)(li)代表團，從第十三屆國際生物(wu)物(wu)理(li)(li)大會(hui)看生物(wu)物(wu)理(li)(li)學(xue)研究的現狀和趨勢，生物(wu)物(wu)理(li)(li)學(xue)報，1999年(nian)第十五卷(juan)第四期：826-827頁
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