生物实验技术

蛋白的功能依赖于氨基酸肽链和这些肽链折叠的方式。尽管计算出前者相对而言比较容易，但是后者代表着一个大的挑战，甚至有一些严重的后果，因为很多疾病是由于蛋白折叠错误造成的。如今，美国宾夕法尼亚大学一个化学家小组设计出一种方法“实时”观察蛋白折叠，从而很可能导致人们从一般意义上更好地理解蛋白折叠和错误折叠。

美国宾夕法尼亚大学艺术与科学学院化学系教授Feng Gai和该化学系研究生Arnaldo Serrano以及宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院生物化学和分子生物理学系研究生Robert Culik开展这项研究，同时他们也与新泽西学院化学系Michelle R. Bunagan进行合作。

他们的研究结果发表在《Angewandte Chemie》期刊的国际版本上，而且还作为该期期刊的封面，被认为是一篇非常重要的论文。

Gai说，“找出蛋白折叠时发生什么是困难的原因之一就是我们没有捕捉这种过程的像高速照相机那样的工具。如果这种折叠过程较慢的话，我们还能够随着时间的推移拍出多张‘照片’，从而观察到发挥作用的机制。不幸的是，没有人有这种能力，蛋白折叠发生的速度要比眨眼睛还要快。”

Gai研究小组使用红外光谱(infrared spectroscopy)---一种测量分子不同部分吸收多少光的技术---来分析蛋白结构和这种结构如何变化。在这篇研究中，研究人员利用红外线激光器装置来研究一种称作Trp-cage的模式蛋白。

在这种实验中，Gai研究小组使用两种激光研究蛋白结构随时间的变化。第一个激光作为发令枪起作用，通过加热蛋白分子，它导致蛋白分子结构发生变化。第二个激光作为相机发挥作用，能够追踪蛋白组分氨基酸的运动。

Gai说，“这个蛋白是由不同的原子基团组成的，不同的基团能够被看作为弹簧。每个弹簧沿着不同的频率来回移动，而且是基于弹簧两端的原子质量。如果质量越大，弹簧振动更慢。我们的‘相机’能够检测这种运动的速度，并将测得的速度与组成基团中的原子关联起来，从而能够检测蛋白肽链的相应部分如何能够运动。”

然而即便是像Trp-cage那样的简单蛋白，也存在着很多相同的键，因而研究人员需要能够将彼此区分开来以便观察它们当中哪个键在蛋白折叠时正在移动。他们采取的一种策略来解决这种问题就是采用一种分子追踪设备。

Culik说，“我们使用一种用碳同位素标记的氨基酸。如果它能正确地整合进蛋白中，我们就知道它在那儿。”

基于Trp-cage的单个碳同位素原子要比其他的碳原子略大一些，研究小组就能够使用这种标记来推断当它们折叠时其他碳原子的位置。这样研究人员然后就能够调整激光的频率来匹配蛋白的不同部分，从而允许在分析时将它们区分开。也可将类似的同位素插入到更加复杂的分子中，从而也能够用红外光谱观察它们的折叠过程。

Gai，“这种技术增加我们的结构分辨率。它允许我们观察哪个部分在运动。比如这将允许我们精确观察疾病中蛋白是如何错误折叠的。”