蛋白质在每个活生物体的细胞中发挥着广泛的功能,几乎在每个生物过程中都起着至关重要的作用。它们不仅运行我们的新陈代谢,控制细胞信号传导并负责能量产生,而且作为抗体,它们也是我们免疫系统与等人类病原体作斗争的一线工作者。鉴于这些重要的职责,严格控制蛋白质的活性就不足为奇了。有许多化学开关可以控制蛋白质的结构,从而控制蛋白质的功能,以适应不断变化的环境条件和压力。这些开关的生化结构和操作模式被认为是很好理解的。因此,哥廷根大学的一组研究人员惊讶地发现了一部全新的小说,但是直到现在为止,被忽略的开/关开关似乎是生命所有领域中蛋白质中普遍存在的调节元件。结果发表在大自然。
研究人员研究了人类淋病奈瑟菌中一种引起淋病的蛋白,淋病是一种细菌感染,全球范围内有超过1亿病例。该疾病通常用抗生素治疗,但是抗生素耐药性的增加率构成严重威胁。为了确定新的治疗方法,他们研究了一种蛋白质的结构和机理,该蛋白质是病原体碳代谢的关键因素。出乎意料的是,该蛋白质可以通过氧化和还原来打开和关闭(称为“氧化还原开关”),科学家怀疑这是由两个半胱氨酸之间形成的常见且公认的“二硫键”引起的。在德国汉堡的DESY粒子加速器上,蛋白质处于“开启”和“关闭”状态的X射线结构,他们受到了更大的惊喜。开关的化学性质是完全未知的:它是在赖氨酸和具有桥连氧原子的半胱氨酸氨基酸之间形成的。
负责这项研究的Kai Tittmann教授回忆起第一次看到这种新型开关的结构时说:“我不敢相信自己的眼睛。”“我们最初认为这一定是人为形成的,是实验过程的副产物,因为这种化学实体是未知的。”然而,许多次重复的实验总是给出相同的结果,并且对蛋白质结构数据库的分析进一步揭示,还有许多其他蛋白质很可能拥有此开关,由于蛋白质结构分析的分辨率不足,显然逃避了更早的发现。可以肯定地检测到它。研究人员承认,好运就在他们身边,因为他们测量的晶体可以以极高的分辨率确定蛋白质的结构,这意味着不会错过新颖的开关。该论文的第一作者玛丽·文森(Marie Wensien)表示:“对高质量蛋白质晶体的广泛筛选确实取得了回报,我再也高兴不了。”
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