美國科羅拉多大學(xué)“JILA物理研究中心”的生物物理學(xué)家們通過更細致地測量了蛋白質(zhì)折疊后，驚訝的發(fā)現(xiàn)，其折疊過程比科學(xué)家們曾經(jīng)的預(yù)測更為復(fù)雜。這意味著，有關(guān)蛋白質(zhì)，我們的了解程度尚在皮毛。蛋白質(zhì)反應(yīng)，遠比我們過去17年檢測到的水平，更迅捷、更精密。

蛋白質(zhì)分子的基本組成是氨基酸鏈。通過一系列中間過程，像折紙一樣，氨基酸鏈折疊成三維結(jié)構(gòu)，之后才具有功能。準確地描述這個折疊過程，需要已知所有中間狀態(tài)的形態(tài)。最新研究就揭示這個過程中許多未知的狀態(tài)，這一研究成果公布在3月3日的Science雜志上。

研究人員的研究對象是一種能夠?qū)⒐廪D(zhuǎn)化成化學(xué)能的膜蛋白，稱為——細菌視紫紅質(zhì)（bacteriorhodopsin, BR），分子量約為26kD，可為細胞膜受體蛋白提供模型，也有助于闡明藥物與人體細胞靶受體以及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中受體與信號的相互作用機制，BR還是細胞膜上離子蛋白通道的原型蛋白，具有跨膜轉(zhuǎn)運質(zhì)子的作用，所以又可以為其他離子通道蛋白的結(jié)構(gòu)功能研究起到指導(dǎo)性作用，最后，它的光電響應(yīng)和光致變色特定，使其在太陽能電池、人工視網(wǎng)膜、光信息儲存、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、生物芯片等領(lǐng)域有著廣闊的前景。因此，BR研究吸引了世界上無數(shù)科學(xué)家的關(guān)注。然而，相比研究的比較多且體型比較小的球狀蛋白的折疊，膜蛋白的折疊研究難度更大。

領(lǐng)導(dǎo)研究的Tom Perkins和同事們使用納米級原子力顯微鏡（atomic force microscope, AFM），將BR蛋白伸展開來，以不同的拉伸速度（納米/秒）測量它的伸展程度。測量方法來自JILA之前研究，柔軟的AFM 短探針（short, soft AFM probes），在蛋白質(zhì)展開過程中，能夠快速測量力的突然變化，隨即反饋一個蛋白質(zhì)中間狀態(tài)的信號。通過進一步細化這些AFM探針，JILA的研究人員可以更快（快100倍），更準（精度高10倍）的探測不同拉力下的BR蛋白。

JILA團隊發(fā)現(xiàn)中間狀態(tài)不僅比預(yù)期的多，并且整個折疊過程僅用時8微秒（1微秒等于百萬分之一秒）。 該結(jié)果解釋了為什么，實驗數(shù)據(jù)與分子模擬之間長期存在著差異。同時，為分子模擬手段提供了信心，為將來膜蛋白的行為研究指明了一條路徑。

該技術(shù)還可以應(yīng)用于許多其他的分子研究，例如，醫(yī)療方面的，蛋白質(zhì)和藥物之間的相互作用。 更具體的例子，比如與BR結(jié)構(gòu)相似的，并且與許多人類疾病和藥物相關(guān)的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)功能研究。