蛋白质结构的'限域下最低能量结构片段'假说与蛋白质进化的'石器时代'

摘要

蛋白质折叠问题被称为第二遗传密码,至今未破译;蛋白质序列的天书仍然是"句读之不知,惑之不解"。在最近工作的基础上,我们提出了蛋白质结构的"限域下最低能量结构片段"假说。这一假说指出,蛋白质中存在一些关键的长程强相互作用位点,这些位点相当于标点符号,将蛋白质序列的天书变成可读的句子(多肽片段)。这些片段的天然结构是在这些强长程相互作用位点限域下的能量最低状态。完整的蛋白质结构由这些"限域下最低能量结构片段"拼合而成,而蛋白质整体结构并不一定是全局性的能量最低状态。在蛋白质折叠过程中,局部片段的天然结构倾向性为强长程相互作用的形成提供主要基于焓效应的驱动力,而天然强长程相互作用的形成为局部片段的天然结构提供主要基于熵效应的稳定性。在蛋白质进化早期,可能存在一个"石器时代",即依附不同界面(比如岩石)的限域作用而稳定的多肽片段先进化出来,后由这些片段逐步进化(包括拼合)而成蛋白质。