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一項開(kāi)創性的研究爲自(zì)然界中蛋白(bái)質結構及其折疊的驚人多樣性提供了(le)新的線索。研究人員開(kāi)始揭示大(dà)自(zì)然在多大(dà)程度上(shàng)探索了(le)可能(néng)的蛋白(bái)質拓撲結構的廣闊前景。結果揭示了(le)一系列令人震驚的未探索的蛋白(bái)質折疊，擴展了(le)我們的理(lǐ)解并揭示了(le)蛋白(bái)質宇宙的深度。
這(zhè)項題爲“Exploration of novel αβ-protein folds through de novo design”的研究已公開(kāi)發表于國際頂級期刊《Nature Structural and Molecular Biology》上(shàng)。
爲了(le)解決這(zhè)個問題，研究小(xiǎo)組開(kāi)始了(le)一項研究，将新蛋白(bái)質折疊的理(lǐ)論預測與其從(cóng)頭設計(jì)的實驗驗證相結合。
研究小(xiǎo)組設計(jì)了(le)基于物理(lǐ)化學和(hé)蛋白(bái)質結構數據的規則，從(cóng)理(lǐ)論上(shàng)預測可能(néng)的蛋白(bái)質折疊。這(zhè)些(xiē)規則然後被用(yòng)來(lái)預測新的αβ-折疊，其中包括一個四至八股β-折疊，尚未在目前的蛋白(bái)質數據庫（PDB）中觀察到(dào)。這(zhè)導緻了(le)總共12356個新的褶皺的識别。然後，研究小(xiǎo)組試圖從(cóng)頭開(kāi)始爲預測的新型折疊設計(jì)蛋白(bái)質，以評估新型折疊的可折疊性和(hé)保真度。
研究人員試圖通過計(jì)算(suàn)設計(jì)具有所有預測折疊的蛋白(bái)質，這(zhè)些(xiē)折疊具有四鏈β折疊，包括形成結樣結構的折疊。但(dàn)這(zhè)些(xiē)蛋白(bái)質在設計(jì)時(shí)并未被期望都能(néng)像預期的那樣折疊成結構。但(dàn)實驗測試的結果令人驚訝，對(duì)于所有的折疊，計(jì)算(suàn)設計(jì)的蛋白(bái)質結構與實驗結構非常匹配。
這(zhè)些(xiē)發現(xiàn)表明(míng)存在至少約10000個未探索的可折疊αβ折疊，考慮到(dào)在自(zì)然界中僅觀察到(dào)400個αβ折疊，這(zhè)是一個重要的啓示。這(zhè)表明(míng)在蛋白(bái)質折疊空(kōng)間中許多潛在的折疊仍然未知(zhī)。
這(zhè)些(xiē)結果提出了(le)一些(xiē)關于蛋白(bái)質結構和(hé)進化的假設。一個假設是，蛋白(bái)質在生物學中存在的時(shí)間可能(néng)不夠長，以至于所有可能(néng)的折疊都沒有被探索到(dào)。另一個假設是，由于地球上(shàng)的所有生命都是從(cóng)一個共同的祖先進化而來(lái)，自(zì)然界中的蛋白(bái)質折疊本質上(shàng)是有偏差的。也(yě)就是說，蛋白(bái)質可能(néng)是通過重複使用(yòng)特定的折疊來(lái)進化的，同時(shí)表達不同的功能(néng)——如果外(wài)星生命确實存在，它可能(néng)利用(yòng)了(le)一組不同的蛋白(bái)質折疊。
蛋白(bái)質因其多樣的功能(néng)而聞名，這(zhè)些(xiē)功能(néng)是由蛋白(bái)質三維結構的多樣性産生的。這(zhè)項研究揭示了(le)自(zì)然界中至少存在約10000個未知(zhī)的可折疊αβ折疊。具有這(zhè)些(xiē)新折疊的蛋白(bái)質的設計(jì)将導緻更大(dà)的結構多樣性。這(zhè)将爲功能(néng)蛋白(bái)質分子的從(cóng)頭設計(jì)鋪平道(dào)路，加速藥物開(kāi)發，酶設計(jì)和(hé)其他(tā)領域的突破。
