導讀：以前的研究是基于計算分析，假定當溫度超過(guò)蛋白質(zhì)行駛*功能的狹窄溫度范圍時(shí)，細胞的大部分蛋白質(zhì)就會(huì )變性。但是來(lái)自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員否定了這一基本理論，由ETH Zurich的Paola Picotti帶領(lǐng)的研究組指出只有一小部分的關(guān)鍵蛋白質(zhì)在達到一個(gè)臨界溫度閾值時(shí)會(huì )發(fā)生同時(shí)變性。

　　敲開(kāi)一個(gè)雞蛋，滑入熱煎鍋中，幾乎立刻透明和滑溜的蛋清就變白，變硬，在這個(gè)過(guò)程中我們觀(guān)察的煎雞蛋過(guò)程，就是生活中十分常見(jiàn)的蛋白質(zhì)變性這一重要的生化現象。

　　細胞中蛋白質(zhì)則是線(xiàn)狀分子，纏繞在一起組成蛋白質(zhì)特異性結構：有些球形，有些是管狀的，各不相同。這些結構都會(huì )在變性過(guò)程中崩解，蛋白質(zhì)再次變成線(xiàn)狀，并由于失去其功能。

　　剎那之間的崩解

　　之前的研究是基于計算分析，假定當溫度超過(guò)蛋白質(zhì)行駛*功能的狹窄溫度范圍時(shí)，細胞的大部分蛋白質(zhì)就會(huì )變性。比如對于腸道細菌大腸桿菌來(lái)說(shuō)，zui適溫度大約為37℃，如果高出46°C，細菌就會(huì )死亡，因為蛋白質(zhì)結構*改變了。

　　但是來(lái)自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員否定了這一基本理論，由ETH Zurich的Paola Picotti帶領(lǐng)的研究組指出只有一小部分的關(guān)鍵蛋白質(zhì)在達到一個(gè)臨界溫度閾值時(shí)會(huì )發(fā)生同時(shí)變性。這一研究成果公布在Science雜志上。

　　研究中，研究人員全面分析比對了四種生物在不同溫度下所有的蛋白，也就是蛋白質(zhì)組。他們將大腸桿菌，人類(lèi)細胞，酵母細胞和耐熱細菌嗜熱鏈球菌(T. thermophilus)逐漸升溫至76°C。在每次溫度增加后，研究人員都會(huì )檢測細胞中存在的蛋白質(zhì)并確定它們的結構特征。zui終研究人員總共分析了8,000種蛋白質(zhì)。

　　關(guān)鍵元件首先出現變性

　　Picotti說(shuō)，“通過(guò)這項研究，我們發(fā)現只有少數蛋白質(zhì)在細菌死亡的溫度下發(fā)生了崩解。由此我們對之前關(guān)于生物體大多數蛋白質(zhì)同時(shí)變性這一理論提出了質(zhì)疑。”

　　一旦溫度超出物種特異性*值幾度，研究檢測的蛋白質(zhì)中有80個(gè)蛋白質(zhì)發(fā)生了崩解，盡管這些蛋白質(zhì)只是構成細胞蛋白質(zhì)的一小部分，但這對細胞是致命的，因為這些蛋白質(zhì)類(lèi)型中的一些蛋白具有重要功能，或者說(shuō)是一個(gè)大型蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò )中的關(guān)鍵組成元件，也就是說(shuō)是少量蛋白在這種關(guān)鍵時(shí)刻發(fā)生了變性。

　　“一旦這些關(guān)鍵元件出現故障，細胞就無(wú)法繼續工作，”Picotti說(shuō)。

　　靈活性導致不穩定

　　生物系統的關(guān)鍵元件對熱很敏感，初初來(lái)看這似乎是進(jìn)化上的一個(gè)bug。但是這些蛋白質(zhì)由于其靈活性常常導致不穩定，這也是其能在細胞中完成不同任務(wù)的原因，“靈活性和穩定性之間會(huì )相互排斥，細胞必須作出妥協(xié)。”

　　研究人員還發(fā)現細胞中也存在許多穩定，且不易發(fā)生異?；虿±碚郫B的蛋白質(zhì)，這從細胞的角度來(lái)看是很劃算的。因為如果這些常見(jiàn)蛋白質(zhì)發(fā)生逆轉，發(fā)生錯誤折疊，那么細胞就不得不投入大量的能量來(lái)進(jìn)行重構與處理，因此細胞中大部分的蛋白質(zhì)還是要比蛋白更為穩定。

　　但是為什么嗜熱鏈球菌細菌即使在超過(guò)70℃的溫度下也不受影響呢?研究人員解釋道，這些細胞會(huì )優(yōu)先穩定那些對熱敏感，功能上關(guān)鍵的蛋白質(zhì)，例如適應性蛋白質(zhì)序列。

　　特殊用途的耐熱細菌

　　Picotti的這一發(fā)現可用于遺傳修改生物機體，幫助它們承受更高的溫度。目前一些化學(xué)品，如乙醇也被用于細菌生物工程，但是這些細菌通常只能在狹窄溫度范圍中工作，這限制了產(chǎn)量。如果可以在更高的溫度下進(jìn)行生產(chǎn)，就可以?xún)?yōu)化產(chǎn)量而不損害細菌。

　　研究人員還發(fā)現，某些變性蛋白質(zhì)在更高溫度下會(huì )再次聚集，形成聚集體。Picotti和她的同事發(fā)現在人類(lèi)細胞中，蛋白質(zhì)DNMT1首先隨著(zhù)溫度的升高而發(fā)生變性，隨后又與其它類(lèi)似的蛋白聚集在一起。這種和其它具有類(lèi)似性質(zhì)蛋白質(zhì)聚集的性質(zhì)與神經(jīng)障礙如阿茨海默癥或帕金森氏癥有關(guān)。

　　*次全面穩定性研究

　　這項研究是*個(gè)大規模在復雜細胞基質(zhì)中直接分析幾種生物蛋白質(zhì)的熱穩定性的成果，這些蛋白質(zhì)并沒(méi)有從細胞中分離出來(lái)，也沒(méi)有進(jìn)行純化，而是直接檢測不同溫度下細胞中的所有蛋白質(zhì)。