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我校陳虎/吳晨旭教授課題組在蛋白質折疊動力學領域取得新進展

發表時間:2020-11-27瀏覽次數:10

近日,我校物理學系陳虎教授與吳晨旭教授,在蛋白質折疊與去折疊動力學方面取得新的研究進展,發現典型的兩態模型蛋白質GB1在折疊去折疊過程中會經過一個不穩定的隱藏中間態,并且在自然狀態與這個中間態之間存在兩條不同的轉變路徑。研究成果發表在著名物理學期刊 Physical Review Letters上(Phys. Rev. Lett. 2020125, 198101 )。

在傳統的實驗策略下,對蛋白質施加隨時間線性增加的外加拉力,測量并統計蛋白質GB1發生去折疊時的拉力分布,實驗結果可以很好地用兩態模型來描述。但是這種實驗策略得到的蛋白質在小于20 皮牛下發生去折疊轉變的樣本非常少,不足以揭示蛋白質GB1在小力下真正的去折疊動力學與拉力的依賴關系。

磁鑷拉伸蛋白質的裝置示意圖與恒定加載速率條件下的實驗結果。

 

得益于陳虎教授單分子生物物理實驗室自主搭建的單分子磁鑷設備優越的穩定性與納米級別的空間分辨率,博士生郭子龍測量了GB1蛋白質在5-160皮牛的拉力范圍內的去折疊速率,在拉力大于15皮牛時得到了與傳統實驗策略相同的結果,但在小于15皮牛的拉力區間內,發現了GB1去折疊轉變復雜的拉力依賴性質。特別是在拉力處于10-14皮牛之間時,拉力的增加非但沒有增加去折疊速率,反而使之減小了,表現為局部的catch bond現象。在更小的拉力下,去折疊速率變得對拉力更加敏感,在對數坐標下表現為更陡的斜率。

 

拉力依賴的蛋白質GB1的折疊與去折疊速率,和據此構造的蛋白質自由能曲面與去折疊的動力學模型。

蛋白質GB1去折疊速率對于拉力的復雜依賴關系使得我們可以分析其自由能曲面和構象轉變的路徑。我們發現在不同拉力下,蛋白質去折疊會經過不同的路徑。模型中確定的不穩定的隱藏中間態很可能就是蛋白質折疊理論模型中假設的塌縮熔融球構象。結合課題組在不同單結構域蛋白質折疊與去折疊動力學研究的一系列工作,本文的發現對于揭示單結構域蛋白質折疊的普遍規律具有重要意義。

文章發表在著名物理學期刊 Physical Review Letters,廈門大學物理系博士生郭子龍是文章第一作者,陳虎和吳晨旭老師為通訊作者,南京大學曹毅教授和王煒教授在樣品制備方面和實驗設計方面做出重要貢獻。

 

陳虎教授(左一)及吳晨旭教授(右一)指導郭子龍(左二)研究工作

論文鏈接:

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.198101


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