胶原蛋白的“指甲”如何聚在一起?

三重螺旋胶原结构。该报纸报道说，具有纤维大分子结构的胶原蛋白就像弯曲的绳索一样，它的含量为15至20％的人体蛋白质，并且在机械支持人和组织细胞中起重要作用。但令人惊讶的是，胶原蛋白在体温条件下是不稳定的。在美国加利福尼亚州的美国物理学会全球峰会上，研究人员宣布了胶原蛋白维持形态 - 分子“指甲”的基本机制，例如由含有氨基酸的硫酸盐产生的结构簇。这一发现可以为生物工程和再生药物提供新的工具。胶原蛋白是一种丝状蛋白，通过三个刺激性氨基酸链一起产生三重螺旋结构。这些螺旋纤维在网络中进一步聚合，最终开发出一个固体支架，既可以在该地区保持细胞，又保持足够的可塑性以应对环境变化。但这很困惑大多数蛋白质在体温之外保持折叠的形态，而三重螺旋胶原结构无法做到这一点。 2002年，研究人员发现，人体的胶原蛋白温度（或“熔化”）胶原温度略低于37摄氏度，这是我们的平均体温。有趣的是，对于许多其他体温不同的生物来说，也是如此，即胶原蛋白随着动物温度的变​​化的“熔点”。例如，鱼类中胶原蛋白的“可溶点”比人没有意义。 “细胞在体温下产生折叠的胶原蛋白，主要的问题是体内需要多长时间，”加拿大西蒙·弗雷泽大学（Simon Fraser University）的生物物理学家南希·福特（Nancy Forde）针对这次会议。如果组织工程师能够模仿有机体使用不稳定单元产生稳定的结构，则预计他们将生产更强大的人造脚手架材料，以进行组织培养或器官重建。另外，澄清COllagen稳定机制还可以帮助医生研究结缔组织疾病（例如不完全成骨的发生和Elles-Danglos综合征）的病理基础。加拿大麦吉尔大学的生物工程师Saidallen Ehrlicher说：“尽管胶原蛋白是主要的细胞外蛋白质，但热稳定性和机械性能的潜在细节尚不清楚。”先前的研究探索了哪些氨基酸会产生胶原纤维的长而复杂的慰问，但未能揭示三重螺旋褶皱和开口的方式，因为观察大结构中的微观过程很困难。此外，研究人员并没有反复打败和扭曲胶原蛋白，因为延迟需要时间，这是一个漫长的实验。为了了解胶原蛋白如何形成螺旋结构，福特和他的学生医生Alaa al-Shaer使用原子力显微镜进行了数百个胶原蛋白三重H的去聚合过程的原子成像在不同温度下的纯净结构。指出，胶原蛋白结构逐渐消失了1小时，最终缩短成混乱的簇，胶原蛋白结构逐渐消失。随后的图像清楚地捕获了分子链在冷却过程中的特定区域。指南结构被重新扩展并弯曲。事实证明，秘密在于许多在胶原蛋白结构中富含硫的碎片。当仔细观察静脉胶原蛋白的类型时，研究人员发现二硫键簇充当“指甲”结构，将成对的胶原蛋白链放在一起并扩大终身结构。这些键称为“半胱氨酸结”，开始了在三重螺旋结构中重折叠胶原蛋白的过程。随后的实验表明，化学修饰的胶原蛋白缺乏半胱氨酸结不会更快地消除螺旋结构，并且不会恢复。 Al-Shaer还发现半胱氨酸连接广泛存在在多细胞生物（例如水母，蠕虫，海星和哺乳动物胶原蛋白基因）中的各种胶原蛋白中，可以找到所需的氨基酸顺序的说明。福特说，半胱氨酸连接的进化保守主义及其明显的古老象征“有助于触摸链条并赋予蛋白质热弹性的重要性”。 （Wang Fang）