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科学家解开淀粉样蛋白结构
 
 
淀粉样蛋白(amyloids)是一类非常容易聚集在一起形成纤维状结构的蛋白质片段,的例子就是在阿兹海默病患者脑部发现的β-淀粉样蛋白斑块。许多淀粉样蛋白都会与锌或其它金属离子结合,但是,这些金属离子的功能却不为人所知。更重要的是,不是所有的淀粉样蛋白都会引起疾病,许多淀粉样蛋白具有重要的生理功能。
 
近,来自美国麻省理工学院(MIT)、加利福尼亚大学旧金山分校(UCSF)和Syracuse University的科研团队合作解开了一种与锌离子结合的淀粉样蛋白的结构,这一发现有望推动我们对于淀粉样蛋白功能以及它们如何导致疾病的认识。这项研究发表在了近的《美国国家科学院院刊》(《Proceedings of the National Academy of Sciences 》)上。
 
科研人员首先设计了一种人造淀粉样蛋白,它包含7个氨基酸,并与一个锌离子结合。这个淀粉样蛋白模拟了碳酸酐酶的催化部分的关键结构,这个酶的催化部分在锌离子的帮助下,催化生命过程中的一个基本化学反应,即从二氧化碳和水生成碳酸氢根。而人造淀粉样蛋白能够以同样的效率催化这个反应,同时也能形成纤维状结构。这种结构简单的、同时具有催化功能的淀粉样蛋白,可能就是原始酶的雏形,研究其结构对于了解生命进化过程中酶的演变具有重要的意义。
 
随后,科研人员使用核磁共振和生物信息学的方法研究了淀粉样蛋白纤维的结构。这些纤维中包括了层层重叠的β折叠结构,这其中每一个淀粉样蛋白都通过其组氨酸支链与另一个淀粉样蛋白相结合。进一步的研究发现,其中一半组氨酸与一个锌原子结合,另一半与两个锌离子结合。每一个锌离子都位于两层淀粉样蛋白之间,它与一个上层的组氨酸支链和两个下层的组氨酸支链结合,形成了一个四面体的结构。这一结果显示,锌离子不仅对于这个淀粉样蛋白的催化功能其重要作用,还在其形成的纤维状结构中也有关键作用。
 
这项研究的通讯作者、麻省理工学院化学系教授Mei Hong表示:“尽管通过核磁共振已经对淀粉样蛋白的结构进行了大量高分辨率的研究,人们对于金属离子的作用的研究却很少。有一些分子动力学模型可以猜测金属离子如何结合组氨酸,但在这项研究之前并没有在原子层面的对金属离子和淀粉样蛋白的协调结构的研究。”
 
下一步,科研人员计划研究与神经退行性疾病密切相关的淀粉样蛋白的结构,那些淀粉样蛋白也会与包括铜和锌在内的金属离子结合。通过研究它们的结构,有望揭示金属离子在这些神经疾病的形成过程中发挥的作用,并寻找潜在的治疗方法。
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