我國Aβ構(gòu)象變化機(jī)理研究獲進(jìn)展

中國科學(xué)院上海藥物研究所科學(xué)家在與老年癡呆形成相關(guān)的淀粉樣多肽（β-amyloidpeptide,Aβ）構(gòu)象變化機(jī)理研究方面取得重要進(jìn)展，首次在原子水平捕捉到Aβ在水溶液中從琢-螺旋到β-折疊的構(gòu)象轉(zhuǎn)變，并發(fā)現(xiàn)其原因是疏水C端四個(gè)甘氨酸的有序排列，提出了該變化具有序列依賴性的觀點(diǎn)。4月12日，該研究結(jié)果發(fā)表在國際權(quán)威期刊《美國科學(xué)院院刊（PNAS）》上。

Aβ是老年癡呆病理特征中淀粉斑的主要成分，由β-分泌酶和酌-分解淀粉樣前體蛋白得到，一般包含39~43個(gè)氨基酸。在正常生理?xiàng)l件下，人體內(nèi)存在納摩爾級(jí)濃度的Aβ，但是在一些特定的條件下，由于淀粉樣前體蛋白和早老素基因等發(fā)生錯(cuò)義突變，導(dǎo)致Aβ大量產(chǎn)生并聚集，繼而引發(fā)老年癡呆的一系列病變反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)研究表明，Aβ在聚集狀態(tài)下以β-折疊為主，而非聚集時(shí)則根據(jù)不同的環(huán)境采用不同的構(gòu)象，如在生物膜和有機(jī)溶劑中以琢-螺旋為主，在水溶液中則以卷曲為主。但是由于Aβ非常容易聚集和構(gòu)象轉(zhuǎn)變所需時(shí)間非常短，因此，Aβ從琢-螺旋到β-折疊或者從卷曲到β-折疊的構(gòu)象轉(zhuǎn)變過程到目前為止仍然無法用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定，而理論計(jì)算模擬可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)研究的不足。

中國科學(xué)院上海藥物研究所藥物發(fā)現(xiàn)與設(shè)計(jì)中心蔣華良和沈建華Aβ進(jìn)行了大規(guī)模的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究，對(duì)Aβ的構(gòu)象變化與其聚集機(jī)理進(jìn)行深入系統(tǒng)的闡述。通過對(duì)Aβ在水溶液和磷脂雙層中的多次長時(shí)間分子動(dòng)力學(xué)模擬（模擬時(shí)間接近1微秒），第一次在原子水平上捕捉到Aβ在水溶液中從琢-螺旋到β-折疊的構(gòu)象轉(zhuǎn)變；通過殘基突變找到導(dǎo)致這種構(gòu)象轉(zhuǎn)變的原因是疏水C端四個(gè)甘氨酸的有序排列，從而提出了Aβ的構(gòu)象變化具有序列依賴性的觀點(diǎn)。他們還模擬了Aβ在磷脂層中的構(gòu)象變化分子動(dòng)力學(xué)行為，發(fā)現(xiàn)Aβ從其前體蛋白水解后趨向生物膜表面運(yùn)動(dòng)，而且與水溶液中的構(gòu)象變化不同，在磷脂雙層中Aβ沒有形成β-折疊結(jié)構(gòu)，并對(duì)Aβ在不同環(huán)境中的不同構(gòu)象變化以及導(dǎo)致其向β-折疊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵因素進(jìn)行分析。這些研究為闡述Aβ在老年癡呆致病過程中的作用機(jī)理及設(shè)計(jì)阻止Aβ聚集的藥物奠定了基礎(chǔ)。

目前，上海藥物研究所科研人員正根據(jù)Aβ新藥的設(shè)計(jì)。

看到消息說我國科學(xué)家在干細(xì)胞治療糖尿病研究中獲重要進(jìn)展，這是真的嗎？什么時(shí)候能真的用到實(shí)際治療中。

你說的這個(gè)是真的，我也看到了，官方報(bào)道還能有假？！話說，在百度了解到我國干細(xì)胞臨床研究這幾年的發(fā)展還是蠻迅速，國內(nèi)相繼頒布政策支持干細(xì)胞領(lǐng)域創(chuàng)新研發(fā)應(yīng)用，干細(xì)胞研究涌現(xiàn)出了一系列重要科研成果，此外，博雅這樣的行業(yè)機(jī)構(gòu)也在干細(xì)胞臨床研究投入了大力的精力，相信未來干細(xì)胞一定能為咱們?nèi)祟惤】堤峁└玫姆?wù)。

從生物化學(xué)角度比較核酸二級(jí)結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)？

核酸二級(jí)結(jié)構(gòu)一般是指DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，RNA一般比較flexible，以線性存在，但在分子生物學(xué)中也經(jīng)常出現(xiàn)RNA二聚體這樣的形式，或像tRNA這樣的也具有二級(jí)結(jié)構(gòu)
蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)指的是在其一級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步折疊，其中可看到的折疊形態(tài)有alpha helices, beta sheets, beta turn和一些loop結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)一起構(gòu)成了蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)

為什么說“中國科學(xué)家鄒承魯最早合成胰島素，但是由于中國大陸的政治體制，沒能獲得諾貝爾獎(jiǎng)”

今年是中國科學(xué)家人工合成結(jié)晶牛胰島素44周年。1965年9月17日，中國科學(xué)院生物化學(xué)研究所等單位經(jīng)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(zhì)———結(jié)晶牛胰島素，作為中國人的驕傲，許多人認(rèn)為，這是中國科學(xué)家與諾貝爾獎(jiǎng)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(xué)領(lǐng)域的面子———不但證明了

中國人是聰明的，增強(qiáng)了中華民族的自信心，還證明了中國在科研領(lǐng)域可以和西方發(fā)達(dá)國家相競爭，甚至在一窮二白的基礎(chǔ)上做出世界一流的成果。

40年來，圍繞這項(xiàng)工作，已經(jīng)出現(xiàn)過數(shù)以千計(jì)的各種形式的報(bào)道。但是，在這個(gè)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(tuán)作戰(zhàn)”。

以科學(xué)家為中心

人工合成胰島素課題于1958年12月底正式啟動(dòng)。由于工作非常艱難、工作量非常大，而自己既缺乏有機(jī)合成經(jīng)驗(yàn)，人手又不夠，所以剛一開始，課題的首倡者中國科學(xué)院生物化學(xué)研究所就先后請(qǐng)求與中國科學(xué)院有機(jī)化學(xué)研究所、北京大學(xué)化學(xué)系有機(jī)教研室合作。有機(jī)所不肯加入，而北京大學(xué)很快就同意了。經(jīng)過幾輪磋商，1959年3月，生化所和北大化學(xué)系簽定了合作協(xié)議。剛剛于1958年由生化所協(xié)助建立的復(fù)旦大學(xué)生物系生化教研室也想?yún)⒓右葝u素合成工作。生化所不太愿意，只同意讓它參與做一點(diǎn)天然胰島素的制備工作，沒把它列為正式的協(xié)作單位。

北京大學(xué)的相關(guān)工作由有機(jī)教研室主任邢其毅教授、研究組組長張滂教授領(lǐng)導(dǎo)。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(lǐng)有機(jī)專業(yè)的十多名應(yīng)屆畢業(yè)生以畢業(yè)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(jīng)義、曹天欽、沈昭文等人分別負(fù)責(zé)的5個(gè)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(xù)下來了的只有由鄒承魯負(fù)責(zé)的天然胰島素拆、合小組和由鈕經(jīng)義負(fù)責(zé)的胰島素肽鏈有機(jī)合成小組。

經(jīng)過一年的探索，到1959年底時(shí)，他們雖然未能像早期計(jì)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(xiàng)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(lǐng)導(dǎo)干部造成了該研究只剩了“堆肽”技術(shù)活的印象。

北京大學(xué)開展群眾運(yùn)動(dòng)

就在這時(shí)，“反右傾”運(yùn)動(dòng)迎面撲了過來。就像“大躍進(jìn)”運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致了胰島素人工合成課題的提出一樣，1959年的“反右傾”運(yùn)動(dòng)也影響了胰島素工作的研究方式。作為直接的導(dǎo)火索，它給胰島素工作帶來了一種富有時(shí)代特點(diǎn)的科研方式———“大兵團(tuán)作戰(zhàn)”。

很多年以來，北京大學(xué)一直處于時(shí)代的漩渦中心，這一次，又率先響應(yīng)了上級(jí)的號(hào)召，最早開展了轟轟烈烈的群眾運(yùn)動(dòng)。1959年底，在新調(diào)來的系黨總支書記的領(lǐng)導(dǎo)下，化學(xué)系的學(xué)生對(duì)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(tuán)體主義和本位主義，在科學(xué)研究方面搞神秘論，把科研工作進(jìn)行得“沉沉悶悶”、“冷冷清清”，等等。

批判結(jié)果之一是胰島素合成工作的領(lǐng)導(dǎo)班子被徹底改組：原來的領(lǐng)導(dǎo)人中，張滂被開除出胰島素合成隊(duì)伍，留下來的邢其毅也因?yàn)椤皩?duì)合成胰島素不積極”而不再對(duì)這項(xiàng)工作具備發(fā)言權(quán)。改由1958年才畢業(yè)留校的一位青年教師負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)工作；1960年4月時(shí)，又有十多位同學(xué)提前3個(gè)月畢業(yè)，作為“會(huì)戰(zhàn)組”黨支部委員加入了領(lǐng)導(dǎo)班子；新來的系黨總支書記直接領(lǐng)導(dǎo)他們。在這些缺乏科研經(jīng)驗(yàn)的新班子的指揮下，北大化學(xué)系及少量生物系“革命師生”共約300人“參加了這場(chǎng)科研大戰(zhàn)”，一大批“連氨基酸符號(hào)還不認(rèn)識(shí)”的青年教員和三、四、五年級(jí)學(xué)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(huì)到會(huì)”，“不懂就學(xué)，遇到困難就學(xué)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(gè)新的多肽———也沒問是否發(fā)生了反應(yīng)，具體產(chǎn)物是什么東西?！毙掀湟愕取袄稀笨茖W(xué)家和原來那些比較“右”的青年教師當(dāng)然不太認(rèn)同那些做法，但他們不敢說，只能根據(jù)組長、小組長等人的指示執(zhí)行屬于自己的工作。于是，北京大學(xué)的進(jìn)展奇快，“僅用兩個(gè)星期就完成了4、7、5、5四個(gè)肽段”；再花兩個(gè)星期，到1960年2月17日，就“用兩種方法同時(shí)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(xué)系群眾運(yùn)動(dòng)的激發(fā)，1960年1月下旬，“在整風(fēng)反右傾的基礎(chǔ)上”，生化所也開始大量抽調(diào)工作人員支援原有的兩個(gè)研究小組。經(jīng)過幾次“苦戰(zhàn)十晝夜”，他們也在4月20日前“合成了B鏈30肽”。

復(fù)旦大學(xué)加入競爭

正當(dāng)北大化學(xué)系和生化所的科研“競賽”進(jìn)行得如火如荼的時(shí)候，復(fù)旦大學(xué)生物系橫空殺了進(jìn)來。1960年1月30日，在上海市委、上海市科委和復(fù)旦大學(xué)黨委的支持下，復(fù)旦大學(xué)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(jí)的學(xué)生)，開始另起爐灶，單獨(dú)籌劃胰島素人工合成工作。3月25日，“為了迎接市工業(yè)會(huì)議的召開”，他們“進(jìn)一步大搞群眾運(yùn)動(dòng)”，組織了120名師生——包括復(fù)旦大學(xué)生物系生化專業(yè)四個(gè)年級(jí)所有的大約80名學(xué)生——“邊干邊學(xué)”，熱火朝天、不分晝夜地進(jìn)行胰島素合成。其方法和北京大學(xué)化學(xué)系的學(xué)生所做的類似，都不對(duì)中間產(chǎn)物作分離和鑒定，只是拼命往后趕。當(dāng)時(shí)的生物系生化教研室主任沈仁權(quán)副教授比較內(nèi)行，但她被擱到了一邊，對(duì)這項(xiàng)工作沒有發(fā)言權(quán)。于是，復(fù)旦大學(xué)所報(bào)出來的進(jìn)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(wěn)定基礎(chǔ)研究工作為重要主題的中國科學(xué)院第三次學(xué)部會(huì)議在上海舉行。在這個(gè)會(huì)議上，由中科院生化所、北京大學(xué)化學(xué)系、復(fù)旦大學(xué)生物系三個(gè)單位所主演的胰島素合成戲劇達(dá)到了高潮：它們先后向?qū)W部大會(huì)獻(xiàn)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(jī)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(lǐng)導(dǎo)興奮異常，他們不但發(fā)表了熱情洋溢的講話，還于當(dāng)天晚上在中蘇友好大廈為全體相關(guān)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(shí)驗(yàn)室里進(jìn)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(bào)喜。新華社也已經(jīng)寫好了報(bào)道稿———標(biāo)題為“揭開生命現(xiàn)象的神秘面紗我國對(duì)人工合成蛋白質(zhì)已建功勛”。一切都只等他們的好消息。但直到宴會(huì)結(jié)束，垂涎欲滴的他們也沒有離開實(shí)驗(yàn)室。

4天之后，拆、合小組仍沒能合成人工胰島素。這時(shí)，復(fù)旦大學(xué)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(chǎng)宣布了這件大喜事。消息刺激了北京市委，他們給北大發(fā)指示，說：咱們搞北京牌的胰島素；中國那么大，搞兩個(gè)胰島素也不算多；可以互相驗(yàn)證。要求北大也進(jìn)行B鏈合成，也單獨(dú)合成胰島素。于是，北京大學(xué)只好于1960年5月1日“又開辟了第二個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)”，成立了新的B鏈組，大搞B鏈的合成。

科學(xué)院開展“特大兵團(tuán)作戰(zhàn)”

上海市委和北京市委的競爭也給中國科學(xué)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(xué)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(jī)所黨總支書記邊伯明任副總指揮，生化所所長王應(yīng)睞、有機(jī)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(fù)責(zé)后勤保障工作的指揮部，指揮生物化學(xué)所、有機(jī)化學(xué)所、藥物所、細(xì)胞生物學(xué)所、生理研究所等五個(gè)研究所進(jìn)行“特大兵團(tuán)作戰(zhàn)”。在當(dāng)晚舉行的“第一次司令部會(huì)議”上，生化所黨支部提出，“要以20天時(shí)間完成人工全合成”。王仲良要求搶時(shí)間，在“半個(gè)月內(nèi)完成全合成”。最初不肯參加這項(xiàng)工作的汪猷接著表態(tài)：“既然分院黨委決定，我們立即上馬……半個(gè)月太長，要在一個(gè)星期內(nèi)完成。”就這樣，在有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)“這是一個(gè)重大的政治任務(wù)”、“拿不下來就摘牌子”的敦促下，科學(xué)院上海分院開始了風(fēng)風(fēng)火火的群眾運(yùn)動(dòng)。

5月5日，相關(guān)研究所共派出344人參加這項(xiàng)工作。他們打破了原有的所、室、組的正常建制，組成了一個(gè)混合編隊(duì)，下屬多個(gè)“戰(zhàn)斗組”，統(tǒng)一安排。戰(zhàn)斗組組長一律由青年人擔(dān)任，原來擔(dān)任組長的研究員改當(dāng)組員；生化所一個(gè)肽組的組長甚至是一位連多肽都未見過、新近從中國科學(xué)院山西分院過去的進(jìn)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(zhuǎn)到這項(xiàng)工作中來，但既然黨的領(lǐng)導(dǎo)干部在親自指揮這項(xiàng)工作，他們也普遍表現(xiàn)得很積極。很多人“每天除了幾小時(shí)的睡眠，其他的時(shí)間都在試驗(yàn)臺(tái)旁度過”；“有人甚至把鋪蓋搬進(jìn)實(shí)驗(yàn)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(lǐng)導(dǎo)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(chǔ)科學(xué)研究，和軍事斗爭、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有一定區(qū)別。在這里，“一個(gè)人卅天的工作等于卅個(gè)人一天的工作”并不成立。這么多人忙了7天、15天、20天、一個(gè)月，依然沒有實(shí)現(xiàn)最初的目標(biāo)。50天后，人工合成的A、B鏈終于“正式進(jìn)行會(huì)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(xiàn)活力”。不但如此，在隨后的20天內(nèi)，“合成A鏈進(jìn)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(cè)定，結(jié)果均無活力”。

王應(yīng)睞一直心懷整個(gè)國家的生化事業(yè)，對(duì)這種費(fèi)錢、費(fèi)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(xué)院黨組的領(lǐng)導(dǎo)反映了自己的想法，強(qiáng)調(diào)人太多沒有好處，專業(yè)不對(duì)口的在里面起不到什么作用，還是應(yīng)該減少一點(diǎn)，讓隊(duì)伍精干一點(diǎn)，都是熟悉業(yè)務(wù)的人，這樣進(jìn)展會(huì)更快。張勁夫和杜潤生與科學(xué)工作者是比較貼心的，發(fā)動(dòng)大兵團(tuán)作戰(zhàn)一段時(shí)間后，見效果不明顯，就認(rèn)真考慮了王應(yīng)睞的建議。

于是，“1960年7月，杜潤生同志指示說，大兵團(tuán)作戰(zhàn)，搞長了不行，應(yīng)精干隊(duì)伍”。隨后，“經(jīng)過三天大會(huì)，總結(jié)辯論，生理、實(shí)生、藥物三個(gè)所下馬，留下生化、有機(jī)兩個(gè)所”。剩下兩所的參與人數(shù)也逐漸減少，到年底時(shí)，生化所只剩了“精干隊(duì)伍近20人”，“有機(jī)所……只剩下7人”。

在交了上百萬元的昂貴學(xué)費(fèi)后，科學(xué)院的大兵團(tuán)作戰(zhàn)就這樣偃旗息鼓。

1960年，北京大學(xué)化學(xué)系、生物系參加胰島素工作的學(xué)生沒有正常的暑假，直到10月份他們還在繼續(xù)工作。終于又合成了三批人工合成A鏈，自己測(cè)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(xué)習(xí)”。果然不出所料，北京大學(xué)所用的測(cè)試方法是不規(guī)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(jīng)費(fèi)已經(jīng)用盡，結(jié)果又如此不如人意，而且人員傷病還相當(dāng)嚴(yán)重———其中，有3個(gè)學(xué)生被嚴(yán)重?zé)齻挥?0多個(gè)學(xué)生得了肺結(jié)核———工作當(dāng)然無法進(jìn)行下去了。連總結(jié)都沒做，北京大學(xué)化學(xué)系的大兵團(tuán)作戰(zhàn)就這樣鳴金收兵。

復(fù)旦大學(xué)生物系的情況與北京大學(xué)的類似，也是因?yàn)榻?jīng)費(fèi)等問題而于1960年下半年停止。

“大兵團(tuán)作戰(zhàn)”階段所獲得的產(chǎn)物，除有機(jī)所還留了一點(diǎn)用于繼續(xù)提純和分析，后來還陸續(xù)整理出了幾篇論文外，其他單位七八百位科技工作者和學(xué)生轟轟烈烈、辛辛苦苦忙了好幾個(gè)月，所收獲的恐怕就是失敗的教訓(xùn)了。

作為那個(gè)時(shí)代所獨(dú)有的科研方式，“大兵團(tuán)作戰(zhàn)”本身是很值得關(guān)注的。輕視原本就非常少的專家，由領(lǐng)導(dǎo)干部直接指揮不懂行的群眾用搞運(yùn)動(dòng)方式做研究，這是中國人在科研方式上的獨(dú)特創(chuàng)造，也確實(shí)實(shí)踐了當(dāng)時(shí)一些領(lǐng)導(dǎo)所設(shè)想的“無產(chǎn)階級(jí)的科學(xué)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(shí)地終獲成功

“大兵團(tuán)夾擊胰島素”遇挫之后，國家也已進(jìn)入調(diào)整時(shí)期。在“調(diào)整、充實(shí)、鞏固、提高”八字方針的指導(dǎo)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(jī)所的一些研究人員表示要再次“敲鑼打鼓”把這個(gè)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(gè)課題。北京大學(xué)化學(xué)系的情況也類似。但聶榮臻、王仲良、張龍翔、汪猷等多級(jí)領(lǐng)導(dǎo)人堅(jiān)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(xué)的胰島素工作分別持續(xù)了下來，只是把隊(duì)伍精干到了總共20多人——北大最少的時(shí)候只剩兩個(gè)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(fù)到了以前冷清、緩慢而腳踏實(shí)地的狀態(tài)。

在國家科委的撮合下，1963年底，北京大學(xué)化學(xué)系和中科院有機(jī)所、生化所又開始重新合作———北京大學(xué)化學(xué)系主要負(fù)責(zé)合成胰島素A鏈前9肽。又經(jīng)過兩年時(shí)間，到1965年9月17日，他們?nèi)〉昧巳斯ひ葝u素結(jié)晶，終于完成了胰島素的人工合成。換句話說，在研究人員和研究方法都基本恢復(fù)到了先前走所謂“資產(chǎn)階級(jí)的科學(xué)工作道路”時(shí)的狀態(tài)后，他們成功了。

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淺談蛋白質(zhì)折疊的有關(guān)問題

[關(guān)鍵字]生物 大分子 分子伴侶 蛋白質(zhì)的折疊 識(shí)別 結(jié)合

生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能的研究是了解分子水平的先象的基礎(chǔ)。沒有對(duì)生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能的認(rèn)識(shí)，就沒有分子生物學(xué)。正如沒有DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，就沒有遺傳傳達(dá)傳遞的中心法則，也就沒有今天的分子生物學(xué)。結(jié)構(gòu)分子以由第一分子進(jìn)入對(duì)復(fù)和物乃至多亞基，多分子復(fù)和體結(jié)構(gòu)研究。同時(shí)，過去難以研究的分子水平上的生命運(yùn)動(dòng)情況也隨著研究的深入和技術(shù)手段的發(fā)展而逐漸由難點(diǎn)變?yōu)闊狳c(diǎn)。蛋白質(zhì)晶體學(xué)研究已從生物大分子靜態(tài)（時(shí)間統(tǒng)計(jì)）的結(jié)構(gòu)分析開始進(jìn)入動(dòng)態(tài)（時(shí)間分辨）的結(jié)構(gòu)分析及動(dòng)力學(xué)分析。第十三屆國際生物物理大會(huì)的25個(gè)專題討論會(huì)中有一半以上涉及蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能，而“結(jié)構(gòu)與功能”又強(qiáng)調(diào)“動(dòng)力學(xué)（Dynamics）”，即動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與蛋白質(zhì)分子功能的關(guān)系，以及對(duì)大分子相互作用的貢獻(xiàn)。

蛋白質(zhì)折疊問題被列為“21世紀(jì)的生物物理學(xué)”的重要課題，它是分子生物學(xué)中心法則尚未解決的一個(gè)重大生物學(xué)問題。從一級(jí)序列預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)分子的三級(jí)結(jié)構(gòu)并進(jìn)一步預(yù)測(cè)其功能，是極富挑戰(zhàn)性的工作。研究蛋白質(zhì)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(gè)根本問題，在這一領(lǐng)域中，近年來的新發(fā)現(xiàn)對(duì)新生肽段能夠自發(fā)進(jìn)行折疊的傳統(tǒng)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(shù)以及電子顯微鏡技術(shù)等發(fā)揮了極其重要的作用。第十三屆國際生物物理大會(huì)上，Nobel獎(jiǎng)獲得者Ernst在報(bào)告中強(qiáng)調(diào)指出，NMR用于研究蛋白質(zhì)的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)在于它能極為詳細(xì)的研究蛋白質(zhì)分子的動(dòng)力學(xué)，即動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與蛋白質(zhì)分子功能的關(guān)系。目前的NMR技術(shù)已經(jīng)能夠在秒到皮秒的時(shí)間域上觀察蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程，其中包括主鏈和側(cè)鏈的運(yùn)動(dòng)，以及在各種不同的溫度和壓力下蛋白質(zhì)的折疊和去折疊過程。蛋白質(zhì)大分子的結(jié)構(gòu)分析也不僅僅只是解出某個(gè)具體的結(jié)構(gòu)，而是更加關(guān)注結(jié)構(gòu)的漲落和運(yùn)動(dòng)。例如，運(yùn)輸小分子的酶和蛋白質(zhì)通常存在著兩種構(gòu)象，結(jié)合配體的和未結(jié)合配體的。一種構(gòu)象內(nèi)的結(jié)構(gòu)漲落是構(gòu)象轉(zhuǎn)變所必需的前奏，因此需要把光譜學(xué)，波譜學(xué)和X射線結(jié)構(gòu)分析結(jié)合起來研究結(jié)構(gòu)漲落的平衡，構(gòu)象改變和改變過程中形成的多種中間態(tài)，又如，為了了解蛋白質(zhì)是如何折疊的，就必須知道折疊時(shí)幾個(gè)基本過程的時(shí)間尺度和機(jī)制，包括二級(jí)結(jié)構(gòu)（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(shù)用于研究次過程，如快速核磁共振，快速光譜技術(shù)（熒光，遠(yuǎn)紫外和近紫外圓二色）。

一、新生肽段折疊研究中的新觀點(diǎn)
長期以來關(guān)于蛋白質(zhì)折疊，形成了自組裝（self-assembly）的主導(dǎo)學(xué)說，因此，在研究新生肽段的折疊時(shí)，就很自然的把在體外蛋白質(zhì)折疊研究中得到的規(guī)律推廣到體內(nèi)，用變性蛋白的復(fù)性作為新生肽段折疊的模型，并認(rèn)為細(xì)胞中新合成的多肽鏈，不需要?jiǎng)e的分子的幫助，不需要額外能量的補(bǔ)充，就應(yīng)該能夠自發(fā)的折疊而形成它的功能狀態(tài)。

1988年，鄒承魯明確指出，新生肽段的折疊在合成早期業(yè)已開始，而不是合成完后才開始進(jìn)行，隨著肽段的延伸同時(shí)折疊，又不斷進(jìn)行構(gòu)象的調(diào)整，先形成的結(jié)構(gòu)會(huì)作用于后合成的肽段的折疊，而后合成的結(jié)構(gòu)又會(huì)影響前面已形成的結(jié)構(gòu)的調(diào)整。因此，在肽段延伸過程中形成的結(jié)構(gòu)往往不一定是最終功能蛋白中的結(jié)構(gòu)。這樣，三維結(jié)構(gòu)的形成是一個(gè)同時(shí)進(jìn)行著的，協(xié)調(diào)的動(dòng)態(tài)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(fā)現(xiàn)，以及在更廣泛意義上說的幫助蛋白質(zhì)折疊的輔助蛋白(Accessoryprotein)的提出，說明細(xì)胞內(nèi)新生肽段的折疊一般意義上說是需要幫助的，而不是自發(fā)進(jìn)行的。

二、蛋白質(zhì)分子的折疊和分子伴侶的作用

蛋白質(zhì)分子的三維結(jié)構(gòu)，除了共價(jià)的肽鍵和二硫鍵，還靠大量極其復(fù)雜的弱次級(jí)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(shí)形成在最終成熟蛋白中不存在不該有的結(jié)構(gòu)，他們常常是一些疏水表面，它們之間很可能發(fā)生本不應(yīng)該有的錯(cuò)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(xué)說，每一步折疊都是正確的，充分的，必要的。實(shí)際上折疊過程是一個(gè)正確途徑和錯(cuò)誤途徑相互競爭的過程，為了提高蛋白質(zhì)生物合成的效率的，應(yīng)該有幫助正確途徑的競爭機(jī)制，分子伴侶就是這樣通過進(jìn)化應(yīng)運(yùn)而生的。它們的功能是識(shí)別新生肽段折疊過程中暫時(shí)暴露的錯(cuò)誤結(jié)構(gòu)的，與之結(jié)合，生成復(fù)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(chǎn)生，這樣必然促進(jìn)折疊向正確方向進(jìn)行。（從哲學(xué)的觀點(diǎn)說，似乎很容易駁斥自組裝學(xué)說，它違背了矛盾的普遍性原理，試想，如果蛋白質(zhì)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(fù)雜的最穩(wěn)定構(gòu)象的形成，即完成了由量變到質(zhì)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(xué)基本原理的。換一個(gè)角度想，生物進(jìn)化的過程本來就充滿著不定向的變異，這些變異中有適應(yīng)環(huán)境的，也有不適應(yīng)環(huán)境的，“物競天擇”，自然的選擇淘汰了那些不適應(yīng)的，保留了那些適應(yīng)的。蛋白質(zhì)分子的折疊不也與此類似嗎？我想，蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)只是肽鏈折疊并形成功能蛋白的特定三維結(jié)構(gòu)的內(nèi)因，實(shí)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(yuǎn)不能折疊成為活性蛋百。）
三，分子伴侶的作用機(jī)制

分子伴侶的作用機(jī)制實(shí)際上就是它如何與靶蛋白識(shí)別，結(jié)合，又解離的機(jī)制。有的分子伴侶具高度專一性，如一些分子內(nèi)分子伴侶，還有細(xì)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(gè)堿基，可能是進(jìn)化過程中發(fā)生的基因分裂造成的。而一般的分子伴侶識(shí)別特異性不高，它是怎樣識(shí)別需要它幫助的對(duì)象的呢？現(xiàn)在只能說分子伴侶識(shí)別非天然構(gòu)象，而不去理會(huì)天然的構(gòu)象。由于在天然分子中，疏水殘基多半位于分子的內(nèi)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(huì)暫時(shí)形成在天然構(gòu)象中本應(yīng)該存在于分子內(nèi)部的疏水表面，因此認(rèn)為分子伴侶最有可能是與疏水表面相結(jié)合，如硫氰酸酶（Rhodanese）分子α-helix的疏水側(cè)面。但是只有β-sheet結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)才可為分子伴侶識(shí)別。

最近關(guān)于識(shí)別機(jī)制有較大的進(jìn)展。Bip是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)管腔內(nèi)的分子伴侶，用一種affinitypanning的方法檢查Bip與有隨機(jī)序列的十二肽結(jié)合的特異性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Hy-(W/X)-Hy-X-Hy-X-Hymotif與Bipj結(jié)合最強(qiáng)，Hy最多的是Trp、Leu、Phe，即較大的疏水殘基。一般來說，2-4個(gè)疏水殘基就足夠進(jìn)行結(jié)合。還有一種較普遍的說法是分子伴侶識(shí)別所謂熔球體結(jié)構(gòu)（moltenglobule）。另一方面，分子伴侶本身與肽結(jié)合部位的結(jié)構(gòu)分析最近也有些進(jìn)展。譬如，PapD的晶體結(jié)構(gòu)表明，多肽結(jié)合在它的β-sheet區(qū)。GroEL中，約40kD的153-531結(jié)構(gòu)域是核苷酸的結(jié)合區(qū)。

分子伴侶作用的第二步是與靶蛋白形成復(fù)合物。非常盛行的一種模型認(rèn)為分子伴侶常常以多聚`體形式而形成中心空洞的結(jié)構(gòu)，用電子顯微鏡已經(jīng)觀察到由二圈層圓面包圈形組成的十四體GroEL分子和一個(gè)一層圓面包圈的七體GroES分子協(xié)同作用形成中空的非對(duì)稱籠狀結(jié)構(gòu)（cagemodel），推測(cè)靶蛋白可以在與周圍環(huán)境隔離的中間空腔內(nèi)不受干擾的進(jìn)一步折疊。但是不久前一個(gè)日本實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)GroEL的一個(gè)亞基，甚至其N端去除78個(gè)氨基酸殘基的50kD片段，已經(jīng)不能再組裝成十四體結(jié)構(gòu)，都有確定的分子伴侶功能。由此，我想:也許環(huán)狀分子伴侶并非每個(gè)部位都是有效的結(jié)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(gè)或若干個(gè)部位能夠與疏水殘基或所謂的熔球體結(jié)構(gòu)結(jié)合，而其余部位起識(shí)別作用，就像一個(gè)探測(cè)器一樣，整個(gè)十四體GroEL分子以圈層或籠狀結(jié)構(gòu)”包裹”在多肽鏈的主鏈上，以旋進(jìn)方式再多肽鏈的鏈體上運(yùn)動(dòng)，一旦環(huán)狀多聚體的某一識(shí)別部位發(fā)現(xiàn)疏水結(jié)構(gòu)或所謂的熔球體結(jié)構(gòu)等新生肽鏈折疊過程中暫時(shí)暴露的錯(cuò)誤結(jié)構(gòu)，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，多聚體的結(jié)合部位便與之結(jié)合，生成復(fù)合物，抑制不正確的折疊。以上完全是我個(gè)人的猜想，是基于上述兩個(gè)試驗(yàn)現(xiàn)象的矛盾而試圖作一番解釋。至于為什么假設(shè)以旋進(jìn)方式在多肽鏈上運(yùn)動(dòng)，我并沒有相應(yīng)的根據(jù)，只是覺得這應(yīng)該是一個(gè)動(dòng)態(tài)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(cè)一下分子伴侶GroEL和GroES組成的籠狀結(jié)構(gòu)，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(nèi)部和外部的疏水性質(zhì)和其他一些物化性質(zhì)如何，也許可以找到支持或駁斥上述假設(shè)的證據(jù)。

以上談的都是蛋白質(zhì)的分子伴侶。不久前又出現(xiàn)了一個(gè)新名詞“DNAchaperones”，DNA分子伴侶，這種分子伴侶是與DNA相結(jié)合并幫助DNA折疊的。在這種復(fù)合物中，DNA分子包圍在蛋白質(zhì)分子的表面，既是高度有序的，又是在一定程度上結(jié)構(gòu)已有所改變的。DNA與蛋白的這種相互作用對(duì)DNA的轉(zhuǎn)錄，復(fù)制以及重組都十分重要;或如在核小體中，對(duì)DNA的包裝是必須的。DNA在溶液中的結(jié)構(gòu)有相當(dāng)?shù)膭傂裕仨毧朔粋€(gè)能障才能轉(zhuǎn)變成它的蛋白復(fù)合物中的結(jié)構(gòu)，分子伴侶的作用就是幫助DNA分子進(jìn)行折疊和扭曲，從而把DNA穩(wěn)定在一個(gè)適合于和蛋白結(jié)構(gòu)的特定構(gòu)型中。這種結(jié)合是協(xié)同的，可逆的在形成復(fù)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(guān)，與基因調(diào)控有關(guān)，看來，分子伴侶確實(shí)與最終闡明中心法則當(dāng)前主要問題有密切關(guān)系。

四、分子伴侶和酶的區(qū)別

與分子伴侶不同，以確定為幫助蛋白質(zhì)折疊的酶目前只有兩個(gè)，一個(gè)是蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶(proteindisulfideisomerase，PDI);另一個(gè)是肽基脯氨酸順反異構(gòu)酶(peptidylprolylcis-transisomerase，PPI)。以PDI為例，眾所周知，蛋白質(zhì)分子中的二硫鍵與新生肽段的折疊密切相關(guān)，對(duì)維系蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和功能發(fā)揮也有重要作用。PDI定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)管腔內(nèi)，含量豐富，催化蛋白質(zhì)分子內(nèi)巰基與二硫鍵之間的交換反應(yīng)。同時(shí)，它是目前發(fā)現(xiàn)的最為突出的多功能蛋白，除了二硫鍵的異構(gòu)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(nèi)甘油三酯轉(zhuǎn)移蛋白復(fù)合物的小亞基，還是一種糖基化位點(diǎn)結(jié)合蛋白(gkycisylationsitebindingprotein)等。其中，最引人注目的還是它有與多肽結(jié)合的能力，可以結(jié)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(duì)巰基尚有一些偏愛。按照分子伴侶的定義，一般認(rèn)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(rèn)為蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶也具有分子伴侶的功能。

蛋白質(zhì)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(gè)慢過程，而蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶催化蛋白質(zhì)天然二硫鍵的形成卻是一個(gè)快過程。另一方面，蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶具有低特異性的與各種不同肽鏈相結(jié)合的能力，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中以極高的濃度存在，又是是一個(gè)鈣結(jié)合蛋白，是一個(gè)能被磷酸化的蛋白，這些都已經(jīng)符合了分子伴侶的條件。因此他們推測(cè)蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶很可能首先通過它與伸展的，或部分折疊的肽段的結(jié)合，阻止錯(cuò)誤的折疊途徑，促進(jìn)正確的中間物生成，幫助肽鏈折疊是相應(yīng)的巰基配對(duì)，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(gòu)而形成天然二硫鍵。他們認(rèn)為蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)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(guān)，協(xié)調(diào)統(tǒng)一的。分子伴侶與幫助新生肽鏈折疊的酶之間，大概不應(yīng)該，也不能夠劃一條絕對(duì)的分界線。我想:酶的最主要特性就是催化生化反應(yīng)，分子伴侶的主要作用是與新生肽段的錯(cuò)誤構(gòu)象結(jié)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(yīng)，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(yīng)的速度。所以，我本人也很贊成他們的觀點(diǎn)。最近的試驗(yàn)已經(jīng)為這一假說提供了很好的證據(jù)。PDI明顯抑制變性的甘油醛-3-磷酸脫氫酶在復(fù)性股過程中的嚴(yán)重聚合，有效的提高它的復(fù)性效率，與典型的分子伴侶GroE系統(tǒng)對(duì)甘油醛3-磷酸脫氫酶復(fù)性的效應(yīng)極其相似。
五、分子伴侶的結(jié)構(gòu)

目前唯一解出晶體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)域，即ATP結(jié)合域也以有晶體結(jié)構(gòu)。用電子顯微鏡已經(jīng)清楚的看到了GroEL的十四聚體和GroEL的七聚體的四級(jí)結(jié)構(gòu)，象兩個(gè)圓形中空的面包圈疊在一起，用NMR以及各種溶液構(gòu)象變化是研究分子伴侶作用機(jī)制的有效手段。

六、分子伴侶研究的實(shí)際應(yīng)用

分子伴侶的研究成果必然會(huì)大大加深我們對(duì)生命現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也一定會(huì)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(dòng)的各個(gè)層次都具有重要作用，它的突變和損傷也必定會(huì)引起疾病，因此可以期望運(yùn)用分子伴侶的知識(shí)來治療所謂的”分子伴侶病”。另一方面，利用對(duì)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(duì)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(jì)生命科學(xué)發(fā)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(xué)，上海科學(xué)技術(shù)出版社，1997年12月第一版：29-58頁

3．中國生物物理代表團(tuán)，從第十三屆國際生物物理大會(huì)看生物物理學(xué)研究的現(xiàn)狀和趨勢(shì)，生物物理學(xué)報(bào)，1999年第十五卷第四期：826-827頁

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