蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及其折疊的空間究竟有多大？大自然是否“探索”了所有這些可能？一項開創(chuàng)性的研究為人們提供了新線索:日本研究人員著手揭示大自然在多大程度上探索了可能的蛋白質(zhì)拓撲空間，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了一系列令人震驚的前所未知的蛋白質(zhì)折疊，擴大了人們的理解并揭示了“蛋白質(zhì)宇宙”的深度。該研究發(fā)表在最新一期《自然·結(jié)構(gòu)與分子生物學(xué)》雜志上。

雖然實驗技術(shù)已解開了許多蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，但由α螺旋和β鏈的排列和連接性定義的新蛋白質(zhì)折疊的發(fā)現(xiàn)卻變得越來越罕見。這就提出了一個問題:大自然未探索到的蛋白質(zhì)折疊空間有多大？科學(xué)家們雖進行了理論研究，但缺乏實驗驗證。

為了解決這個長期存在的問題，日本理化學(xué)研究所、大阪大學(xué)、名古屋大學(xué)等機構(gòu)的聯(lián)合團隊根據(jù)物理化學(xué)和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)設(shè)計了規(guī)則，從理論上預(yù)測可能的蛋白質(zhì)折疊，然后使用這些規(guī)則來預(yù)測新的αβ折疊，該折疊由4—8個鏈β折疊組成。結(jié)果識別出12356個新折疊，是目前的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫中沒有的。然后，該團隊嘗試從頭開始通過計算設(shè)計預(yù)測的新折疊蛋白質(zhì)，以評估其可折疊性和保真度。

實驗測試的結(jié)果令人驚訝。對于所有折疊，計算設(shè)計的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與實驗結(jié)構(gòu)非常匹配。這些發(fā)現(xiàn)表明至少存在大約10000個未探索的αβ折疊，考慮到自然界中僅觀察到400個αβ折疊，這是一個重要的啟示，表明蛋白質(zhì)折疊空間中許多潛在的折疊仍然未知。

這不但為功能性蛋白質(zhì)分子的從頭設(shè)計鋪平道路，也引發(fā)了關(guān)于進化的理論假設(shè)。蛋白質(zhì)可能是通過重復(fù)使用特定的折疊同時表達不同的功能而進化的。那么，如果外星生命確實存在，它也可能利用一組不同的蛋白質(zhì)折疊。