從人工合成胰島素到蛋白質(zhì)折疊研究

王志珍

每個(gè)科學(xué)家的工作必定是站在前人的肩膀上，再向上去攀登新的高峰。作者的研究主要涉及“蛋白質(zhì)折疊問題”，許多思想火花和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)直接或間接地源于“胰島素人工全合成”的“肩膀”。此文與讀者分享對蛋白質(zhì)折疊問題的認(rèn)識(shí)，介紹中國科學(xué)家對蛋白質(zhì)折疊問題研究的貢獻(xiàn)，并以此紀(jì)念我國科學(xué)家成功地人工全合成結(jié)晶牛胰島素50周年。

蛋白質(zhì)科學(xué)發(fā)展至今，大概可分為三個(gè)階段。由于前期層析技術(shù)的發(fā)明得以提供純蛋白，使胰島素一級(jí)序列測定，肌紅蛋白和血紅蛋白的三維結(jié)構(gòu)測定在1950年代取得成功，蛋白質(zhì)科學(xué)的發(fā)展進(jìn)入到第一個(gè)黃金時(shí)代。伴隨“基因時(shí)代”DNA重組技術(shù)的出現(xiàn)，得以制備各種突變蛋白，1980年代分子生物學(xué)的發(fā)展把蛋白質(zhì)科學(xué)推向第二個(gè)黃金時(shí)代。21世紀(jì)進(jìn)入后基因組時(shí)代，作為生命活動(dòng)主要承擔(dān)者的蛋白質(zhì)的研究，又開創(chuàng)了一個(gè)輝煌局面，成為她在生命科學(xué)發(fā)展史上的第三個(gè)黃金時(shí)代。

蛋白質(zhì)折疊問題

“蛋白質(zhì)折疊（protein folding）”可歸于分子生物學(xué)中心法則中的科學(xué)問題，也就是說遺傳信息如何從一維的氨基酸序列，傳遞到三維的功能蛋白質(zhì)分子。應(yīng)該說這是蛋白質(zhì)科學(xué)中至今還沒有解決的問題。20世紀(jì)五六十年代，美國國立衛(wèi)生研究院的安芬森（C.B.Anfinsen）從牛胰核糖核酸酶A的氨基酸序列與生物活性、構(gòu)象之間關(guān)系的系統(tǒng)研究中得到著名的安芬森命題：蛋白質(zhì)肽鏈的氨基酸序列含有該蛋白三維結(jié)構(gòu)的全部信息。也就是常說的“蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)”，從而開拓了“蛋白質(zhì)折疊”的新領(lǐng)域，其指導(dǎo)“蛋白質(zhì)折疊”研究的經(jīng)典原理為“自發(fā)自組裝原理（spon-taneous self-assembly principle）”，即“細(xì)胞中新合成的多肽鏈不需要其他分子幫助，也不需要進(jìn)一步耗能，就可以獲得其功能結(jié)構(gòu)”。

1972年安芬森在斯德哥爾摩接受諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的演講中談到，他們的成功受到以往工作的影響，早在1930年代和1950年代，就有許多科學(xué)家觀察到蛋白質(zhì)變性的可逆性，這種自然選擇的真諦是通過還原變性核糖核酸酶的重新氧化折疊和復(fù)性的研究認(rèn)識(shí)到的。

說到蛋白質(zhì)變性，必須提到為國際科學(xué)界所肯定的中國科學(xué)家的杰出貢獻(xiàn)。1999年，庫珀（A.Cooper）為紀(jì)念安芬森而撰寫的文章《蛋白質(zhì)折疊和穩(wěn)定性的熱力學(xué)》中指出：“蛋白質(zhì)折疊早期的杰出研究，特別是吳憲、安芬森、謝拉加（H.A.Scheraga）、埃茲爾（J.T.Ed-sail）等的工作奠定了現(xiàn)代蛋白質(zhì)折疊的基礎(chǔ)?！?/p>

1995年筆者在德國格丁根大學(xué)做訪問研究時(shí)，在蛋白質(zhì)研究的權(quán)威性綜述刊物Advances in ProteinChemistry第46卷上讀到蛋白質(zhì)研究的老前輩、美國哈佛大學(xué)的埃茲爾教授的文章《吳憲與第一個(gè)蛋白質(zhì)變性理論》，對吳憲教授的學(xué)術(shù)成就給予了極高的評(píng)價(jià)。同時(shí)還全文刊登了吳憲教授在1931年用英文發(fā)表的關(guān)于蛋白質(zhì)變性的論文[Study on Denaturation ofProteins.XⅢ.A Theory of Denaturation.Chinese Journalof Physiology，1931，5（4）：321-344]。把一篇1931年在中國學(xué)術(shù)雜志上發(fā)表的論文，在64年后重新刊登在國際一流的學(xué)術(shù)刊物上，體現(xiàn)了此文的重要性。

在北平協(xié)和醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)系工作的吳憲教授，1920年就開始關(guān)于蛋白質(zhì)變性的研究，到1931年共發(fā)表16篇論文。他在1929年第13屆國際生理學(xué)大會(huì)上首次提出蛋白質(zhì)變性理論：“天然蛋白質(zhì)之分子，因環(huán)境種種之關(guān)系，從有程序而堅(jiān)密之構(gòu)造，變?yōu)闊o程序而散漫之構(gòu)造，是為變性作用?！奔词拐f安芬森提到了米爾斯基（A.Mirsky）早期的蛋白質(zhì)變性工作的重要性，米爾斯基的蛋白質(zhì)變性理論實(shí)際上也與吳憲的變性理論非常類似，但比吳憲晚了5年才發(fā)表在《美國科學(xué)院院報(bào)》上。應(yīng)該指出，在1931年，蛋白質(zhì)的肽鍵結(jié)構(gòu)尚未被普遍接受，最早的蛋白質(zhì)結(jié)晶也剛剛完成，吳憲提出的蛋白質(zhì)變性理論，在思想上是超前于他所處的時(shí)代的。這就是為什么他的理論在世界范圍內(nèi)被廣泛接受、論文在半個(gè)多世紀(jì)后仍值得重新發(fā)表的原因。雖然科學(xué)術(shù)語和中國文字的用法70年來已經(jīng)有了很大的變化，但今天用吳憲1931年論文摘要的原文來概括蛋白質(zhì)的變性作用還是那樣合適。吳憲的變性理論仍然是當(dāng)前國際上蛋白質(zhì)變性和蛋白質(zhì)折疊研究的基礎(chǔ)，所以，蛋白質(zhì)變性理論是中國科學(xué)家的首創(chuàng)。

1993年在沈陽召開的第六屆中國生化學(xué)會(huì)代表大會(huì)暨第七次全國生化學(xué)術(shù)會(huì)議上，鄒承魯教授建議組織“紀(jì)念吳憲的蛋白質(zhì)變性理論”專題討論會(huì)，邀請了吳憲之子吳瑞教授出席并做報(bào)告。吳教授在DNA測序方面做出過先導(dǎo)性的工作，并在中國改革開放后，發(fā)起并創(chuàng)辦生命科學(xué)領(lǐng)域最早的公派留學(xué)項(xiàng)目（CUSBEA），為促進(jìn)中國學(xué)生赴美留學(xué)事業(yè)做出了重大貢獻(xiàn)。

1970年代末，英國的拉斯基（Ron Laskey）在進(jìn)行體外組蛋白和DNA重組研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)必須要有一種細(xì)胞核內(nèi)的酸性蛋白“核質(zhì)蛋白（nucleoplasmin）”存在。兩者才能組裝成核小體，否則就發(fā)生沉淀。這里的核質(zhì)蛋白并不提供組裝的空間信息，也不是最終形成的核小體的組分，但它與組蛋白結(jié)合后，可屏蔽其正電荷，防止與DNA形成沉淀，從而促進(jìn)兩者正確裝配。拉斯基給這個(gè)酸性蛋白起了個(gè)十分新穎的名字“分子伴侶（molecular chaperone）”，把一個(gè)社會(huì)學(xué)的名詞chaperon賦予了具有新性質(zhì)的蛋白質(zhì)分子，既形象又貼切。

1980年，英國華威大學(xué)（University of Warwick）的埃利斯（R.J.Ellis）在研究高等植物葉綠體中的核酮糖1，5-二磷酸羧化酶一加氧酶（1，5-bisphosphate car-boxylase-oxygenase，Rubisco）時(shí)，發(fā)現(xiàn)在葉綠體中合成的八個(gè)大亞基必須先與一種蛋白質(zhì)結(jié)合后，才能與在細(xì)胞質(zhì)中合成的8個(gè)小亞基在葉綠體內(nèi)組裝成有活性的Rubisco酶分子。Rubisco是地球上極其古老的一種酶（已存在22億～35億年），它催化植物的光合作用反應(yīng)，即利用二氧化碳和水合成有機(jī)物，是地球上最重要、最大量但效率最低的酶。遺憾的是，因?yàn)槭艿鞍踪|(zhì)自組裝的觀念影響太深，這些新發(fā)現(xiàn)沒有引起足夠的重視。1986年，埃利斯在英國皇家學(xué)會(huì)組織的一次專門討論關(guān)于Rubisco的會(huì)上，提出這個(gè)Rubisco結(jié)合蛋白可能是核質(zhì)蛋白之后的第二個(gè)分子伴侶，但他還是擔(dān)心這不過是兩個(gè)特例，因?yàn)楸凰鼈兘Y(jié)合的蛋白質(zhì)在體外太容易聚集了。同年，英國的佩勒姆（H.R.Pel-ham）討論了熱休克蛋白70和熱休克蛋白90在蛋白質(zhì)組裝和解組裝中的作用。盡管佩勒姆沒有直接用“分子伴侶”這個(gè)名詞，但埃利斯說，正是佩勒姆的工作促使他整合了自己的思路。1987年在哥本哈根召開的一次研討會(huì)（The NATO Advanced Study Meeting）上，在《自然》周刊參會(huì)代表的說服下，埃利斯正式提出“分子伴侶”的科學(xué)概念，即“一類在序列上沒有相關(guān)性但有共同功能的蛋白質(zhì)，它們在細(xì)胞內(nèi)幫助其他含多肽的結(jié)構(gòu)完成正確的組裝，但它們不是組裝完成的結(jié)構(gòu)在發(fā)揮其正常生物功能時(shí)的組成成分?！?。此后20多年中，埃利斯不斷發(fā)表文章，深入討論和完善“分子伴侶”的定義和性質(zhì)：“一大類不同的蛋白質(zhì)，有共同性質(zhì)，即幫助其他大分子結(jié)構(gòu)的非共價(jià)折疊、解折疊，組裝、解組裝，但不是這些結(jié)構(gòu)在發(fā)揮其正常生物功能時(shí)的永久組成成分?！薄胺肿影閭H”是蛋白質(zhì)一種新的功能的鑒定，它的發(fā)現(xiàn)更新了蛋白質(zhì)折疊的概念，導(dǎo)致蛋白質(zhì)折疊的原則發(fā)生深刻轉(zhuǎn)變，從經(jīng)典的“自發(fā)的自組裝（spontaneous self-assembly）”發(fā)展到“有幫助的自組裝（assisted serf-assembly）”。

安芬森原理揭示了蛋白質(zhì)的氨基酸序列包含肽鏈正確折疊所需要的全部信息，決定了蛋白質(zhì)分子在熱力學(xué)上穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)，但沒有包含動(dòng)力學(xué)問題在內(nèi)的蛋白質(zhì)折疊的全部問題。安芬森在美國國立衛(wèi)生研究院的同事謝克特（A.N.Schechter）1995年為安芬森寫的悼文中說：“安芬森的內(nèi)心更鐘愛熱力學(xué)的研究方法，雖然他在熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩方面實(shí)驗(yàn)中都極其活躍?！毙律恼郫B和變性蛋白的重折疊需要幫助的新概念與安芬森原理并不矛盾，而正是在動(dòng)力學(xué)的意義上，發(fā)展、加深和完善了蛋白質(zhì)折疊學(xué)說。用我們熟悉的語言來說，如果一級(jí)結(jié)構(gòu)是肽鏈折疊形成特定三維結(jié)構(gòu)并獲得生物學(xué)活性的內(nèi)因，且是第一位因素，那么可以認(rèn)為分子伴侶是肽鏈正確折疊的外因，是條件，外因需要通過內(nèi)因起作用。但如果沒有適當(dāng)?shù)某浞值臈l件，多肽鏈可能發(fā)生錯(cuò)誤折疊，如果又逃逸了質(zhì)量控制（quality control）機(jī)制，就不能正確折疊成為活性蛋白質(zhì)，而可能形成聚集，甚至導(dǎo)致疾病發(fā)生。近30年來，對分子伴侶在生命活動(dòng)中的重要性的認(rèn)識(shí)日益深入，尤其體現(xiàn)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)質(zhì)量控制和未折疊蛋白反應(yīng)（unfolded protein response，UPR）。通過蛋白質(zhì)質(zhì)量控制以維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)平衡，而逃逸蛋白質(zhì)質(zhì)量控制會(huì)引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，可能造成許多疾病，如神經(jīng)退行性疾病、糖尿病、高血壓、心血管疾病、腫瘤、白血病，以及衰老等。

人工全合成胰島素中的蛋白質(zhì)折疊問題

1958年“大躍進(jìn)”時(shí)期，中國科學(xué)家提出要“合成蛋白質(zhì)”。這無疑是真正意義上的“原始創(chuàng)新”的科學(xué)狂想。不到10年，在1965年國際上首先成功地人工全合成了具有全部生物活性的結(jié)晶牛胰島素！雖然當(dāng)時(shí)由9個(gè)氨基酸殘基組成的小肽的人工全合成工作已得過諾貝爾獎(jiǎng)，但由兩條肽鏈共51個(gè)氨基酸殘基組成，并含有一個(gè)鏈內(nèi)二硫鍵和兩個(gè)鏈間二硫鍵的胰島素蛋白分子的合成則復(fù)雜得多。

首先必須解決合成路線的問題。中國科學(xué)院上海生物化學(xué)所的鄒承魯先生帶領(lǐng)杜雨蒼、許根俊等青年科學(xué)家承擔(dān)胰島素拆合的工作在1959年即獲得成功，重組胰島素的活力恢復(fù)達(dá)到了10%，但由于德國察恩（H.Zahn）和美國卡措揚(yáng)尼斯（P.G.Katsoyannis）兩個(gè)研究小組也在進(jìn)行胰島素合成的研究，很自然這個(gè)結(jié)果必須保密。同時(shí)也由于當(dāng)時(shí)中國所有的學(xué)術(shù)刊物都被迫?？Ｋ麄兊慕Y(jié)果當(dāng)然也不可能及時(shí)發(fā)表。一直到1960年狄克遜（G.H Dixon）和沃德洛（A.C.Wardlaw）在《自然》周刊上報(bào)道還原的胰島素A和B鏈共同氧化得到1%-2%的胰島素活力恢復(fù)之后，中國科學(xué)家才于1961年在《生物化學(xué)與生物物理學(xué)報(bào)》發(fā)表活力恢復(fù)達(dá)到10%的結(jié)果。以后他們又不斷改善重組條件，使活力恢復(fù)達(dá)到以B鏈計(jì)算的30%，保證化學(xué)合成的A鏈和B鏈以高產(chǎn)率重組成活性胰島素分子。1970年代禮來（Eli Lilly）公司生產(chǎn)第一代DNA重組胰島素所采用的條件與中國研究組發(fā)表的重組條件十分相似，說明中國科學(xué)家的工作經(jīng)得起實(shí)踐考驗(yàn)。

從科學(xué)的意義上講，胰島素人工全合成絕不僅僅只是多肽合成的問題，它包含了一個(gè)嶄新的、重要的蛋白質(zhì)折疊問題，也就是A、B兩條肽鏈能否在溶液中氧化生成三個(gè)正確的二硫鍵，從而折疊成有天然構(gòu)象的活性蛋白分子。只有解決這個(gè)蛋白質(zhì)折疊的問題，才能合成有全部生物活性的胰島素分子。實(shí)際上胰島素A和B鏈重組問題與安芬森將4個(gè)二硫鍵全部還原的變性的核糖核酸酶肽鏈重新氧化、折疊恢復(fù)活力的工作幾乎是同時(shí)完成的。核糖核酸酶只有一條肽鏈，其8個(gè)巰基的所有組合方式亦僅有105種可能性；而胰島素則是由兩條肽鏈組成，即使溶液中僅有一條A鏈和一條B鏈。二硫鍵可能的形成模式就有15種；兩條肽鏈可能以不同的比例與方式組合，所以其6個(gè)巰基所有的可能組合方式實(shí)際上是無窮多的，但其中只有一種天然構(gòu)象具有活性?？梢娕c單肽鏈的核糖核酸酶相比，胰島素的復(fù)性問題要復(fù)雜得多得多。中國小組所得到10%的活力恢復(fù)的結(jié)果，在本質(zhì)上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過二硫鍵隨機(jī)配對的概率，這使得他們當(dāng)時(shí)就提出了“天然胰島素分子是所有各種從A鏈與B鏈可能形成的分子中最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)”的重要結(jié)論，這無疑是對蛋白質(zhì)折疊問題的重大貢獻(xiàn)。不幸的是，由于此工作的任務(wù)導(dǎo)向性加上“文革”的種種干擾，胰島素人工合成工作中初放的蛋白質(zhì)折疊問題的碩大蓓蕾?zèng)]能及時(shí)綻放。

直到1970年代末，全國科學(xué)大會(huì)召開，郭沫若熱情洋溢的來信宣布“科學(xué)的春天”來到了！胰島素拆合成功的基礎(chǔ)研究才在北京的生物物理所揚(yáng)帆啟航，筆者也有幸參與了鄒承魯先生領(lǐng)導(dǎo)的“胰島素A、B鏈相互作用的研究”，運(yùn)用各種生物物理方法研究溶液中胰島素A、B鏈和各種化學(xué)修飾的A、B鏈在不同的溶液條件下的相互作用。我們從牛肝里提取純化了蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶，研究它催化A、B鏈生成天然胰島素的作用。10年的工作總結(jié)出胰島素分子折疊的觀點(diǎn)：“胰島素A、B鏈本身已具有一定的結(jié)構(gòu)，含有形成天然胰島素正確結(jié)構(gòu)的全部信息，能在溶液中相互識(shí)別和相互作用，從而導(dǎo)致3個(gè)二硫鍵正確配對，形成結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定的天然胰島素分子”，闡明了從人工化學(xué)合成的胰島素A、B鏈生成天然胰島素分子的蛋白質(zhì)折疊規(guī)律，揭示了人工合成胰島素中A、B鏈重組成功的理論基礎(chǔ)。

從胰島素到蛋白質(zhì)折疊

改革開放后，國家更加重視和支持基礎(chǔ)性科學(xué)研究。從1989年開始，經(jīng)科學(xué)界認(rèn)真討論，遴選30個(gè)國家基礎(chǔ)性研究重大國家課題構(gòu)成“攀登計(jì)劃”的首批項(xiàng)目。其中，鄒承魯先生承擔(dān)了“新生肽鏈及蛋白質(zhì)折疊的研究”，筆者有幸承擔(dān)子課題“幫助蛋白質(zhì)折疊的生物大分子——分子伴侶和折疊酶”。

在當(dāng)時(shí)，折疊酶和分子伴侶被定義為兩種性質(zhì)和作用機(jī)制不同的幫助蛋白。在運(yùn)用蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶催化胰島素A、B鏈生成天然分子的研究基礎(chǔ)上，根據(jù)對分子伴侶新概念的認(rèn)識(shí)，我們提出：蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶在新生肽鏈折疊中的作用，是否僅限于通過二硫鍵交換促進(jìn)新生肽鏈的折疊；作為在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)管腔中的一種含量豐富的蛋白質(zhì)，又具有特異性不強(qiáng)的可廣泛與多肽結(jié)合的能力，似乎已具備分子伴侶的必需條件，是否還可能在新生肽鏈折疊中起著更為普遍的分子伴侶的作用。我們提出了“蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶既是酶又是分子伴侶”的假說，向《美國實(shí)驗(yàn)生物學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì)雜志》（FASEB J）投稿。在文章評(píng)審期間，又看到埃利斯在他的論文中明確指出：“蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶不是分子伴侶”。我們受到極大挑戰(zhàn)，別無選擇，只有盡快提供實(shí)驗(yàn)證據(jù)來支持、證明自己的觀點(diǎn)，所幸我們的假說文章在當(dāng)年年底發(fā)表，這對我們是極大的鼓勵(lì)。

由于二硫鍵的形成與肽鏈的折疊是兩個(gè)密切關(guān)聯(lián)又互相影響的過程，要證明蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶固有的分子伴侶活性，首先必需把它與其異構(gòu)酶活性區(qū)分開。為此，我們選用不含二硫鍵的蛋白做底物蛋白，監(jiān)測蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶對變性底物蛋白在迅速稀釋復(fù)性過程中的聚合和復(fù)性效率的影響，以及對底物在變性過程中聚合的影響。結(jié)果表明，蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶的作用符合分子伴侶性質(zhì)的全部指標(biāo)。由于底物蛋白不含二硫鍵，蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶對它們復(fù)性的幫助和促進(jìn)作用，以及對變性過程中聚合的抑制作用，也就與它的二硫鍵異構(gòu)酶的活力沒有關(guān)系，只能歸結(jié)于它的分子伴侶活性，所以蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶確實(shí)具有其固有的、與其異構(gòu)酶活力相獨(dú)立的分子伴侶活力。

接著，我們研究這兩個(gè)活性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶分子有兩個(gè)含有CGHC-序列的催化部位和至少一個(gè)多肽結(jié)合部位。當(dāng)時(shí)的文獻(xiàn)認(rèn)為，酶的催化部位也是其分子伴侶活力所必需的，但我們認(rèn)為他們用的實(shí)驗(yàn)方法在含二硫鍵的靶蛋白上是不能區(qū)分蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶的兩個(gè)活力的，因此懷疑此結(jié)論。我們用化學(xué)修飾方法封閉催化部位——半胱氨酸的巰基，導(dǎo)致蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶失活，發(fā)現(xiàn)這種喪失異構(gòu)酶活力的蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶具有與天然蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶幾乎完全相同的分子伴侶作用。于是，我們認(rèn)識(shí)到蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶的分子伴侶活力是不依賴于酶的-CGHC-催化部位的。

進(jìn)一步，我們又證明了多肽結(jié)合部位是蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶具有兩種活性所必需的。我們的化學(xué)修飾酶使我們?yōu)闆_擊更加重要的、國際上尚未解決的關(guān)鍵問題，即在生理底物上區(qū)分蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶的兩種生物活性產(chǎn)生了靈感。蛇毒蛋白專家周元聰教授慷慨地為我們提供了蛇毒的酸性磷酸酯酶A2，該蛋白只有124個(gè)殘基，卻有7個(gè)二硫鍵，完全符合生理底物的要求。我們設(shè)計(jì)的一整套實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，催化量的天然酶（只起到酶的催化作用）只能使磷酸酯酶的復(fù)性從5%增加到15%，化學(xué)計(jì)量（分子伴侶發(fā)揮作用的條件）的天然酶幫助復(fù)性到45%，而化學(xué)計(jì)量的化學(xué)修飾酶（只有分子伴侶活性）不起任何作用。令我們興奮的是，催化量的天然酶和化學(xué)計(jì)量的化學(xué)修飾酶共同存在時(shí)，則使磷酸酯酶的復(fù)性提高到化學(xué)計(jì)量的天然酶幫助復(fù)性的45%水平。這個(gè)結(jié)果指出，絕大部分的天然酶是可以被僅有分子伴侶活性、但喪失異構(gòu)酶活性的化學(xué)修飾酶所替代，所以絕大部分的天然酶實(shí)際上是在發(fā)揮分子伴侶活性。我們得出的結(jié)論是：蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶的二硫鍵異構(gòu)酶和分子伴侶兩種活性協(xié)同作用，才能使它發(fā)揮幫助肽鏈折疊和催化二硫鍵形成的作用，即催化蛋白質(zhì)氧化折疊的功能是由異構(gòu)酶和分子伴侶兩種活性共同承擔(dān)協(xié)同完成的。單獨(dú)的異構(gòu)酶活性或單獨(dú)的分子伴侶活性，都不足以行使催化蛋白質(zhì)氧化折疊的功能。國際同行評(píng)價(jià)該工作“成功地區(qū)分了蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶的異構(gòu)酶和分子伴侶兩種活性”，我們的假說得到認(rèn)可。令人欣慰的是，“分子伴侶”概念的提出者埃利斯，當(dāng)年認(rèn)為蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶不是分子伴侶。但在1997年和2013年發(fā)表的綜述中都把蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶列入了分子伴侶的名單。

最近，我們又解析出人們等待了半個(gè)世紀(jì)的人源蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶的三維結(jié)構(gòu)，揭示了它作為氧化還原調(diào)控的分子伴侶的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和作用機(jī)制。更重要的是，近年來蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶作為分子伴侶的生物學(xué)功能，已在越來越多的生理和病理活動(dòng)中被揭示。人們正在向著探討內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中蛋白質(zhì)平衡、氧化還原平衡與衰老和各種疾病關(guān)系的新方向邁進(jìn)。

關(guān)鍵詞：蛋白質(zhì)折疊 分子伴侶 人工全合成胰島素 蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶