50年前科學家們第一次提出了關于蛋白質折疊的問題，尋求這一問題的答案使得研究人員開創(chuàng)出一個完全獨立的研究領域，推動超級計算機、新材料和藥物發(fā)現(xiàn)取得重大的進展，幫助我們認識了生命的基本過程，包括所謂的“蛋白質折疊疾病”如阿爾茨海默氏癥、帕金森氏癥和II型糖尿病等。

在11月23日《科學》（Science）雜志發(fā)表的一篇綜述文章中，美國紐約州立石溪大學的研究人員回顧了“蛋白質折疊”這一50年謎題所取得的進展。石溪大學Louis和Beatrice Laufer物理和定量生物學中心的Ken Dill和Justin MacCallum描述了科研人員團體是如何應對那時沒有明顯回報、非常基礎科學性的一個巨大的挑戰(zhàn)性問題的。

研究人員在這篇題為“The Protein Folding Problem, 50 Years On”論文中寫道：“蛋白質折疊是一種典型的基礎科學。一直以來沒有特定的商業(yè)目標，然而其附帶收益是廣泛且深遠的。

“我們知道蛋白質折疊快速是因為隨意的熱運動引起的構象改變會導致朝著天然結構能量下滑。折疊在整體上被描述成一個漏斗樣的圖像。有了已知結構大型蛋白質數(shù)據(jù)庫（Protein Data Bank），預測蛋白質結構比早期認為可能的更為成功。半個世紀前一開始提出的三個基本科學問題現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為了一個完全獨立的蛋白質物理科學研究領域。

1962年Max Perutz和John Kendrew因確定球狀蛋白結構的開創(chuàng)性工作被授予諾貝爾化學獎，今年是50周年紀念。他們的研究工作為結構生物學奠定了基礎，也向人們提出了如何借助物理原理來解釋蛋白質結構的問題。結構生物學是指根據(jù)蛋白質和其他生物分子的結構來闡明分子水平生物學機制。

從Perutz和Kendrew發(fā)現(xiàn)兩種蛋白質的結構以來，有近8萬種蛋白質結構被揭示。當Perutz和Kendrew無法弄懂蛋白質分子折疊結構與它的序列之間的關系時便出現(xiàn)了蛋白質折疊“問題”。從此，科學家們對了解蛋白質折疊的“密碼”抱著極大的興趣：到底一串給定的氨基酸是如何形成蛋白質特異的球狀（“天然”）結構的呢？

蛋白質是生物細胞中執(zhí)行基本功能的分子——例如轉換食物促進生長，修復DNA分子和受損細胞部件，實現(xiàn)肌肉運動，轉導大腦信號以及眼中光線。人類有大約有2萬種不同的蛋白質分子類型。每種蛋白執(zhí)行一種不同的功能。蛋白質完成這樣一系列強有力化學功能的能力源自一種特異的化學結構和功能準則，即每種蛋白質的折疊。蛋白質是像珍珠項鏈一樣的微型的珠串，這些珠狀的組件就是氨基酸。氨基酸有20種不同的類型。蛋白質折疊的原理就是將不同的氨基酸序列串在一起使得不同的蛋白質分子以非常特異但又各不相同的方式形成球狀，導致了它們極為不同的功能。

蛋白質折疊問題是三個互相關聯(lián)的謎題：什么是折疊密碼？蛋白質如何在幾分之一秒內從細胞中找到一種天然結構（一個大海撈針的問題）？以及我們可以開發(fā)出一種計算機方法發(fā)現(xiàn)來自大量現(xiàn)在已知的氨基酸序列的蛋白質新結構嗎？

Laufer 中心主任和物理化學著名教授Dill 以及Laufer中心初級研究員MacCallum描述了所有三個方面取得的巨大進步。他們詳述了這一工作取得的一些重要的附帶回報，這在那時是完全沒有預料到的，包括開發(fā)IBM Blue Gene計算機和分布式網(wǎng)格計算（distributed-grid computing）等發(fā)現(xiàn)新藥物的計算機技術，更深入地了解了生物學的分子機制，深入了解了蛋白質原子間相互作用，以及一種新型的非常有前景的多聚物材料“折疊體”（foldamers）。

Dill和MacCallum認為起初一個令人注目的基礎科學問題現(xiàn)在變成了一個完整的理論和實驗方法領域，許多的問題現(xiàn)在只獲得了少數(shù)的答案，卻生成了更多的問題。