蛋白質研究的時代大門正式開啟

近年來，隨著“生命科學阿波羅計劃”—人類基因組計劃的提前完成，蛋白質研究進入了一個新的高潮迭起的時代。瑞士科學家K.Wüthrich由于用二維NMR測定蛋白質在溶液中的三維結構的貢獻，美國科學家J.B.Fenn和日本科學家K.  Tanaka由于在用質譜鑒定和分析蛋白質結構方面的貢獻，而共同獲得2002年度諾貝爾化學獎。美國科學家P.Agre和R.  MacKinnon由于在用X射線晶體衍射法測定水通道蛋白和離子通道蛋白的三維結構方面的貢獻，而共同獲得2003年度諾貝爾化學獎。以色列科學家A.Ciechanover教授、A.Hershko和美國科學家R.Rose教授由于發現泛素調節的蛋白質降解機制方面的貢獻，而共同獲得2004年度諾貝爾化學獎。

　　自然界很多有趣現象的發生和人類多種疾病的發病都和具體參與其中的蛋白質結構有關。比如，光是怎樣被綠色植物所“俘獲”并源源不斷為其生長提供能量的？在綠色植物的體內，存在著由膜蛋白、色素分子和脂分子組成的蛋白脂質體復合物，常文瑞院士課題組運用結構生物學的方法，獲得了這個“龐大”復合物的晶體結構，發現它是綠色植物俘獲光能的有力武器。又如，分子伴侶trigger  factor與裝配蛋白質的機器—核糖體組成巧妙的復合物，為新生肽鏈的折疊提供了“分子搖籃”，而該復合物的晶體結構又與我們小時候睡過的搖籃何其相似！非典肆虐的時候，人們談SARS色變，饒子和院士課題組通過結構生物學的方法，獲得了在非典病毒復制過程中發揮重要功能的蛋白酶的晶體結構，只要尋找到能夠抑制這個蛋白酶發揮功能的藥物，我們就能夠徹底戰勝非典。

盡管每一種蛋白質分子都具有其獨特的生物學功能，但所有蛋白質分子都需要經歷一個類似的生成、折疊、組裝和降解，即蛋白質的“生，老，病，死”過程，而且這一過程有著嚴密的質量控制。

翻譯過程是一個非常復雜的生物反應過程，它將以核苷酸形式編碼在mRNA中的信息轉變成具有一定氨基酸序列的多肽鏈，需要200種以上的生物大分子，其中包括核糖體、mRNA、tRNA和氨基酰tRNA合成酶參加協同作用。它是分子生物學中心法則中的核心步驟，必須嚴格進行，保證不出錯。王恩多院士課題組發現氨基酰tRNA合成酶表現出底物高度專一性，并通過編校機制將每一步反應產生的錯誤產物剔除，以便阻止誤氨基酰化的tRNA進入核糖體進行蛋白質的生物合成。

具有完整一級結構的新生肽鏈，只有當其折疊形成正確的三維結構才可能具有正常的生物學功能。蛋白質實現從一維到三維結構的“蛋白質折疊問題”是分子生物學領域有待回答的核心問題之一。認識蛋白質折疊的規律，尤其是新生肽鏈在核糖體上折疊與組裝的機制，是我們認識蛋白質發揮其生物學功能之結構基礎的重要內涵。

蛋白質發揮生物學功能時，通常需與其他蛋白質分子發生相互作用形成同源或異源寡聚體。這就需要相同或不同亞基之間精確的相互識別，組裝形成具有四級結構的復合物。蛋白質的四級結構是其在生物體內具有形形色色生物學功能和豐富多彩幾何形狀的基礎。

蛋白質的主動降解也是維持細胞正常生命活動不可或缺的重要環節，為細胞生長、增殖乃至凋亡等一系列生命活動所必需。蛋白質在體內依靠其不斷的生成和降解而維持著動態平衡。蛋白質降解的調控在很大程度上是通過蛋白質翻譯后的各種修飾，包括泛素化、磷酸化和乙酰化來完成的。

盡管分子伴侶和蛋白水解酶組成的翻譯后質量控制體系保護大多數蛋白質在發揮生物學功能的過程中不會發生錯誤折疊，盡管蛋白質在其生命過程的各個階段都受到分子伴侶的監護，但蛋白質的錯誤折疊和由此而導致的聚集過程依舊發生，并引起給人類健康帶來重大威脅的多種疾病(如老年性癡呆癥、帕金森癥和人的紋狀體脊髓變性病等)。

人類社會沒有哪一個時代像今天這樣，如此廣泛而深入地研究“生我們養我們”的蛋白質。我國也在2006年設立了“蛋白質研究”的重大科學研究計劃。蛋白質研究的時代已經開始。蛋白質研究將幫助我們認識人類多種疾病的發病機理，從而更好地去防治這些疾病。方興未艾的蛋白質組學研究，不僅是21世紀整體細胞生物學新的最重要的內容，而且將為醫藥、農業和工業的革新提供嶄新的思路。