互动科普

蛋白质是生命活动的直接执行者，我们身体内的任何功能，从催化生物化学反应到抵御外来侵略都是蛋白质作用的结果：我们能行走、运动靠的是肌肉中肌动蛋白的工作；我们身体的骨架是由蛋白质骨胶原加强的；细胞的正常分裂或癌变也是通过蛋白质调节控制的。

近年来，随着“生命科学阿波罗计划”——人类基因组计划的提前完成，蛋白质研究进入了一个新的高潮迭起的时代。瑞士科学家K.Wüthrich由于用二维NMR测定蛋白质在溶液中的三维结构的贡献，美国科学家J.B.Fenn和日本科学家K. Tanaka由于在用质谱鉴定和分析蛋白质结构方面的贡献，而共同获得2002年度诺贝尔化学奖。美国科学家P.Agre和R. MacKinnon由于在用X射线晶体衍射法测定水通道蛋白和离子通道蛋白的三维结构方面的贡献，而共同获得2003年度诺贝尔化学奖。以色列科学家A.Ciechanover教授、A.Hershko和美国科学家R.Rose教授由于发现泛素调节的蛋白质降解机制方面的贡献，而共同获得2004年度诺贝尔化学奖。

自然界很多有趣现象的发生和人类多种疾病的发病都和具体参与其中的蛋白质结构有关。比如，光是怎样被绿色植物所“俘获”并源源不断为其生长提供能量的？在绿色植物的体内，存在着由膜蛋白、色素分子和脂分子组成的蛋白脂质体复合物，常文瑞院士课题组运用结构生物学的方法，获得了这个“庞大”复合物的晶体结构，发现它是绿色植物俘获光能的有力武器。又如，分子伴侣trigger factor与装配蛋白质的机器—核糖体组成巧妙的复合物，为新生肽链的折叠提供了“分子摇篮”，而该复合物的晶体结构又与我们小时候睡过的摇篮何其相似！非典肆虐的时候，人们谈SARS色变，饶子和院士课题组通过结构生物学的方法，获得了在非典病毒复制过程中发挥重要功能的蛋白酶的晶体结构，只要寻找到能够抑制这个蛋白酶发挥功能的药物，我们就能够彻底战胜非典。

尽管每一种蛋白质分子都具有其独特的生物学功能，但所有蛋白质分子都需要经历一个类似的生成、折叠、组装和降解，即蛋白质的“生，老，病，死”过程，而且这一过程有着严密的质量控制。

翻译过程是一个非常复杂的生物反应过程，它将以核苷酸形式编码在mRNA中的信息转变成具有一定氨基酸序列的多肽链，需要200种以上的生物大分子，其中包括核糖体、mRNA、tRNA和氨基酰tRNA合成酶参加协同作用。它是分子生物学中心法则中的核心步骤，必须严格进行，保证不出错。王恩多院士课题组发现氨基酰tRNA合成酶表现出底物高度专一性，并通过编校机制将每一步反应产生的错误产物剔除，以便阻止误氨基酰化的tRNA进入核糖体进行蛋白质的生物合成。

具有完整一级结构的新生肽链，只有当其折叠形成正确的三维结构才可能具有正常的生物学功能。蛋白质实现从一维到三维结构的“蛋白质折叠问题”是分子生物学领域有待回答的核心问题之一。认识蛋白质折叠的规律，尤其是新生肽链在核糖体上折叠与组装的机制，是我们认识蛋白质发挥其生物学功能之结构基础的重要内涵。

蛋白质发挥生物学功能时，通常需与其他蛋白质分子发生相互作用形成同源或异源寡聚体。这就需要相同或不同亚基之间精确的相互识别，组装形成具有四级结构的复合物。蛋白质的四级结构是其在生物体内具有形形色色生物学功能和丰富多彩几何形状的基础。

蛋白质的主动降解也是维持细胞正常生命活动不可或缺的重要环节，为细胞生长、增殖乃至凋亡等一系列生命活动所必需。蛋白质在体内依靠其不断的生成和降解而维持着动态平衡。蛋白质降解的调控在很大程度上是通过蛋白质翻译后的各种修饰，包括泛素化、磷酸化和乙酰化来完成的。

尽管分子伴侣和蛋白水解酶组成的翻译后质量控制体系保护大多数蛋白质在发挥生物学功能的过程中不会发生错误折叠，尽管蛋白质在其生命过程的各个阶段都受到分子伴侣的监护，但蛋白质的错误折叠和由此而导致的聚集过程依旧发生，并引起给人类健康带来重大威胁的多种疾病（如老年性痴呆症、帕金森症和人的纹状体脊髓变性病等）。

人类社会没有哪一个时代像今天这样，如此广泛而深入地研究“生我们养我们”的蛋白质。我国也在2006年设立了“蛋白质研究”的重大科学研究计划。蛋白质研究的时代已经开始。蛋白质研究将帮助我们认识人类多种疾病的发病机理，从而更好地去防治这些疾病。方兴未艾的蛋白质组学研究，不仅是21世纪整体细胞生物学新的最重要的内容，而且将为医药、农业和工业的革新提供崭新的思路。

富含蛋白质的食物

（本文发表于《科学世界》2008年第5期）