In living organisms, every protein—a type of biological polymer consisting of hundreds of amino acids—carries out specific functions, such as catalysis, molecule transport, or DNA repair. To perform these functions, they must fold up into specific shapes.
在生物体内，每种蛋白质——一种由数百种氨基酸组成的生物聚合物——都执行特定的功能，如催化、分子运输或DNA修复。为了执行这些功能，它们必须折叠成特定的形状。这是一个对生命至关重要的复杂过程，尽管该领域取得了进展，但关于这一过程仍有许多悬而未决的问题
发表在PRX Life上的一项研究为这个问题提供了一些线索，并可能为药物治疗、新型生物材料和其他应用设计蛋白质提供新的方法
由Corey O'Hern领导的研究人员开发了蛋白质数据库（一个在线数据库）中所有球状蛋白质的计算模型，并测量了它们的内部核心区域，以确定它们的密度。每种蛋白质的核心堆积分数为55%。也就是说，55%的空间被原子占据。这让研究小组提出了两个问题
机械工程、材料科学、物理学和应用物理学教授O'Hern说：“为什么它们都有相同的值？具体来说，为什么值是55%？”。“答案似乎是，当蛋白质核心堵塞或硬化时，包装分数停止增加。”也就是说，当蛋白质折叠时，组成蛋白质核心的单个氨基酸无法进一步压缩。物体堆积在一起的堆积分数在很大程度上取决于它们的形状。例如，球形物体在64%的堆积率下会堵塞
“但是氨基酸的形状很复杂，”O'Hern说 ＜p＞“一些氨基酸是相当球形的，但由于侧链的原因，它们大多是细长的，而由于所有键合的氢原子，它们是粗糙的。软物质物理学告诉我们，细长、颠簸颗粒的堵塞包装不如光滑、球形颗粒的堵塞填充密集，这解释了55%的低值。”高压下蛋白质的结构特征表明，蛋白质核心填充分数可以增加到58-60%。因此，这项研究也与我们对生命起源的理解有关
“现在我们知道了蛋白质核心在典型折叠条件下的性质，蛋白质核心的堆积可能不需要停止在55%，”O'Hern实验室的博士生、该论文的主要作者Alex Grigas说
“如果你改变溶剂条件、压力或温度跳跃，你可能会使氨基酸更有效地包装。”
O'Hern补充说，蛋白质设计目前的重点是创造新的氨基酸序列，以设计新的蛋白质结构和功能
“现在，这项工作开辟了一种可能性，即使使用相同的氨基酸序列，你也可以通过改变折叠条件来设计新的蛋白质结构和功能。”