[研究成果] 2020/06/15

蛋白質局部環境如何調控重點氨基酸的功能?

生物醫學研究所博士後研究員Karine Mazmanian和Karen Sargsyan在林小喬特聘研究員的帶領下,在知名國際期刊Journal of the American Chemical Society深入探討這個問題。他們系統性闡述調控蛋白質功能點的三個關鍵生理化學要素,並且對半胱氨酸(Cys)的功能如何受到調控提出解釋。
 

 

 

蛋白質功能點的局部環境如何調控生化功能

 

背景資料

蛋白質需要嚴密的調控機制來完成他們既定的生物功能,並且確定細胞各類內外在的狀況都彼此配合無間。雖然蛋白質的重點氨基酸和功能點方面已經有深入的研究,我們仍不清楚他們如何受到局部環境的調節,在此我們提出蛋白質自身進行分子調控達成局部環境最佳化的概念。

早先的研究重點局限於識別蛋白質中標的功能點的調控方式,因此對於標的功能點附近局部環境如何形成的主要生化準則缺乏認識,功能性氨基酸的最佳局部環境如何從眾多不具功能性的結構中脫穎而出令人難以理解。

 

解析的問題

我們試圖回答以下問題

1 蛋白質採取什麼策略來調節功能點的作用?

2 調控蛋白質功能點作用的主要生理化學因素是什麼?

3 以半胱氨酸(Cys)為例,影響他們的功能調控的主要因素為何?

 

結果

1 在分子層次調節蛋白質功能點作用的主要生化因子有三個:
   (i)最鄰近的官能基
   (ii)和溶劑分子作用的程度
   (iii)結構的易變性

2 我們發現蛋白質如何利用這些準則來組織功能性半胱氨酸(Cys)的局部環境,以及局部環境如何調控與鋅離子鍵結的半胱氨酸和水分子,金屬離子的毒性與釋出,還有非典型鋅離子功能點所扮演的角色。

 

重要性

功能點是蛋白質受到自身調控而包埋在結構內且具有功能的重要氨基酸,我們所提出功能點局部環境形成的生理化學原則將有助於深入了解蛋白質的氨基酸基質如何控制金屬功能點的形成,引導功能性金屬蛋白酵素與生物感應器的設計以及理性藥物設計等。蛋白質局部環境的研究不僅增進我們對蛋白質分子層次調控的了解,同時也提高我們對具治療效用蛋白質的功能調節力。

 

How the Local Environment of Functional Sites Regulates Protein Function

Karine Mazmanian, Karen Sargsyan, and Carmay Lim

J. Am. Chem. Soc. 2020


論文全文