研究人员揭示蛋白质中的基本通讯过程

蛋白质对每个活细胞都是必不可少的，并负责许多基本过程。特别是，它们需要在细胞内和细胞间的代谢和信号转导中用作生物催化剂。许多疾病都是由这种通信故障引起的，蛋白质中信号传递的起源一直是许多科学争论的来源。现在，哥廷根大学的一个研究小组首次实际观察到了在每个活细胞中这样做的运动质子，从而为这些机制提供了新的见解。研究结果发表在《自然》杂志上。

由Kai Tittmann教授和Ricardo Mata教授领导的哥廷根大学研究人员找到了一种在人类蛋白质中培养高质量蛋白质晶体的方法。汉堡的DESY粒子加速器可以观察到质子(带正电荷的亚原子粒子)在蛋白质中运动。这种令人惊叹的“质子之舞”表明，蛋白质的远端部分可以瞬间相互通信——就像电线在电线上移动一样。

此外，Tittmann的小组获得了其他几种蛋白质的高分辨率数据，以前所未有的细节显示了一种氢键结构，其中两个较重的原子有效地共享质子(称为“低势垒氢键”)。这是第二个惊喜：数据证明了低垒氢键确实存在于蛋白质中，这一点争议了几十年，实际上在这个过程中起着至关重要的作用。

“我们观察到的质子运动非常类似于一个叫做牛顿摇篮的玩具，能量立即沿着一系列悬浮的金属球传输。在蛋白质中，这些移动质子可以立即与蛋白质的其他部分连接，”蒂特曼解释说，他也是哥廷根马克斯普朗克生物物理化学研究所的马克斯普朗克研究员。在Mata教授的实验室里，用量子化学计算模拟了这个过程。这些计算为质子的通讯机制提供了一个新的模型。“我们很早就知道质子可以以协调的方式运动，比如在水中。现在看来，蛋白质已经以这样的方式进化，它们实际上可以利用这些质子进行信号传输。”

研究人员认为，这一突破可以让人们更好地了解生命的化学，提高他们对疾病机制的理解，并导致新的药物治疗。这一进展应该使开发可转换蛋白质成为可能，这种蛋白质可以适应医学、生物技术和环境友好化学的各种潜在应用。

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