从实验室: 解码蛋白质

作者: 阿什瓦尼 · 塔库里特 · 坎普尔

蛋白质对生物体是必不可少的。这些大分子由氨基酸的长链组成，具有对生命至关重要的几种功能。蛋白质存在于每个细胞中，是所有生物中最小的组成部分。据估计，人体中存在约200万种不同类型的蛋白质。

在很大程度上，蛋白质具有非常明确的三维结构。这种结构由构成蛋白质的氨基酸序列决定。不同的序列导致不同的三维结构。蛋白质的结构决定了其功能，这是一个众所周知的事实。但这也有另一面，因为蛋白质是非常脆弱的分子。这意味着即使是很小的压力，例如温度，氨基酸的变化或细胞的老化，也会破坏其结构并因此破坏功能。

这还不是全部。不稳定结构的分子可以聚集在一起形成更大的聚集体。这些聚集体会破坏细胞和窒息器官，从而导致大脑，肾脏，心脏，脾脏和肝脏的严重疾病。30多种这种致命疾病与这一现象有关。这些疾病大多数都无法治愈，也没有药物可以控制它们。鸡蛋可以用作类比来说明功能结构的丧失。在正常状态下，鸡蛋由蛋黄和凝胶状的蛋清组成。但是，当暴露在高温等压力下时，蛋清会聚结成固体。当蛋白质暴露于我们体内的压力时，它们也会发生类似的事情。它们的结构变形; 它们凝结，形成肿块并获得有毒功能。科学家们一直试图了解这种现象以及由任何特定压力条件引起的凝结的性质。

还有另一种理解蛋白质聚集的方法。基于蛋白质的药物，称为生物制药，是通过基因工程方法生产的。它们是通过复杂的制造和纯化步骤大量生产的。搅拌，温度，氧化等应力在使它们不稳定的聚集中起作用，并且很大一部分产物可能会损失为不希望的聚集体。我们的团队已经开始了一段漫长的旅程，以了解原子，分子，细胞和生物水平的蛋白质聚集。我们正在使用从分子和细胞生物学到结构生物学的跨学科方法来解决该研究领域中的一些紧迫问题。

无论是治愈疾病，解决生物制药聚集问题，还是了解用于材料应用的蛋白质纤维的设计，所有这些过程都与对蛋白质结构的基本理解以及保持它们的各种力的相互作用有关。

随后，我们还发现了新的治疗分子，并开发了抑制或调节蛋白质聚集步骤的新策略。在某些情况下，治疗分子需要到达大脑，为此，我们采取了基于纳米科学的方法来突破血脑屏障，否则不允许不需要的分子通过。有趣的是，蛋白质聚集有更光明的一面。在体内或制造条件下发生的现象也可以在对蛋白质有轻微扰动的试管中重现。我们和许多其他科学家报告说，蛋白质纤维具有超薄，刚性和坚韧的内部结构，就像钢一样，非常稳定。它们有可能被调制成不同的形状。因此，假定这些蛋白质纤维可以转化为具有巨大材料应用的各种基于蛋白质的纳米结构。