论文摘要
蛋白质折叠问题是生物学研究的前沿课题之一。为了能定量地解释蛋白质折叠过程中的观测事实,也为了能统一解释单态和两态蛋白质折叠的共同机制,本文在氨基酸层次上提出了一个一般的蛋白质折叠模型。考虑到溶剂分子的“随机相互作用”和蛋白质多肽链内原子的“有序相互作用”在蛋白质折叠的不同阶段所起的作用不同,我们把蛋白质折叠过程分为两个相继的阶段：第一阶段是从开始折叠到形成第N个天然接触的过程(假设蛋白质共有N个天然接触)。在这个过程中,溶剂分子的“随机相互作用”在蛋白质折叠中占主导地位,这个阶段也是蛋白质折叠速率的决定步骤；第二阶段是从形成第N个天然接触到形成天然态的过程。在这个过程中,构成蛋白质的原子间的“有序相互作用”在蛋白质折叠中起决定作用。在此阶段,自由能快速下降,过程几乎是瞬间完成的。这样,第一阶段所用的时间就近似为蛋白质折叠时间。根据理论假设,利用主方程的方法,可得到蛋白质折叠速率(或折叠时间)的表达式。进一步的分析表明,不同的折叠条件对应模型中不同的参数范围,从而对应蛋白质两态和单态不同的折叠模式。我们选取了66个折叠速率和天然结构都已知的两态小蛋白,编写程序计算了其天然接触数。分析发现,折叠速率的自然对数与天然接触数之间存在近线性关系,这与理论模型所预言的结果是一致的。对于单态蛋白质,由于对相关实验结果存在争议,目前还难以直接用实验观测证明理论预言的结果。但分析表明,理论预言的蛋白质最快折叠时间与实验观测到的蛋白质最快折叠时间符合的相当好。本文所建立的蛋白质折叠模型,一方面弥补了目前流行的折叠模型不能定量解释部分实验现象的缺陷,同时也可用来统一描述两态和单态蛋白质的折叠机制。希望我们的工作能为蛋白质折叠机制的进一步研究提供有益的启示。