敲開一個(gè)雞蛋，滑入熱煎鍋中，幾乎立刻透明和滑溜的蛋清就變白，變硬，在這個(gè)過程中我們觀察的煎雞蛋過程，就是生活中十分常見的蛋白質(zhì)變性這一重要的生化現(xiàn)象。

細(xì)胞中蛋白質(zhì)則是線狀分子，纏繞在一起組成蛋白質(zhì)特異性結(jié)構(gòu)：有些球形，有些是管狀的，各不相同。這些結(jié)構(gòu)都會(huì)在變性過程中崩解，蛋白質(zhì)再次變成線狀，并由于失去其功能。

剎那之間的崩解？

之前的研究是基于計(jì)算分析，假定當(dāng)溫度超過蛋白質(zhì)行駛*功能的狹窄溫度范圍時(shí)，細(xì)胞的大部分蛋白質(zhì)就會(huì)變性。比如對于腸道細(xì)菌大腸桿菌來說，zui適溫度大約為37℃，如果高出46°C，細(xì)菌就會(huì)死亡，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)結(jié)構(gòu)*改變了。但是來自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員改寫了這一基本理論，由ETH Zurich的Paola Picotti帶領(lǐng)的研究組指出只有一小部分的關(guān)鍵蛋白質(zhì)在達(dá)到一個(gè)臨界溫度閾值時(shí)會(huì)發(fā)生同時(shí)變性。

研究中，研究人員全面分析比對了四種生物在不同溫度下所有的蛋白，也就是蛋白質(zhì)組。他們將大腸桿菌，人類細(xì)胞，酵母細(xì)胞和耐熱細(xì)菌嗜熱鏈球菌（T. thermophilus）逐漸升溫至76°C。在每次溫度增加后，研究人員都會(huì)檢測細(xì)胞中存在的蛋白質(zhì)并確定它們的結(jié)構(gòu)特征。zui終研究人員總共分析了8,000種蛋白質(zhì)。

關(guān)鍵元件首先出現(xiàn)變性

通過這項(xiàng)研究，我們發(fā)現(xiàn)只有少數(shù)蛋白質(zhì)在細(xì)菌死亡的溫度下發(fā)生了崩解。由此我們對之前關(guān)于生物體大多數(shù)蛋白質(zhì)同時(shí)變性這一理論提出了質(zhì)疑。

一旦溫度超出物種特異性適宜值幾度，研究檢測的蛋白質(zhì)中有80個(gè)蛋白質(zhì)發(fā)生了崩解，盡管這些蛋白質(zhì)只是構(gòu)成細(xì)胞蛋白質(zhì)的一小部分，但這對細(xì)胞是致命的，因?yàn)檫@些蛋白質(zhì)類型中的一些蛋白具有重要功能，或者說是一個(gè)大型蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵組成元件，也就是說是少量蛋白在這種關(guān)鍵時(shí)刻發(fā)生了變性。一旦這些關(guān)鍵元件出現(xiàn)故障，細(xì)胞就無法繼續(xù)工作。

靈活性導(dǎo)致不穩(wěn)定

生物系統(tǒng)的關(guān)鍵元件對熱很敏感，初初來看這似乎是進(jìn)化上的一個(gè)bug。但是這些蛋白質(zhì)由于其靈活性常常導(dǎo)致不穩(wěn)定，這也是其能在細(xì)胞中完成不同任務(wù)的原因，“靈活性和穩(wěn)定性之間會(huì)相互排斥，細(xì)胞必須作出妥協(xié)。”

研究人員還發(fā)現(xiàn)細(xì)胞中也存在許多穩(wěn)定，且不易發(fā)生異?；虿±碚郫B的蛋白質(zhì)，這從細(xì)胞的角度來看是很劃算的。因?yàn)槿绻@些常見蛋白質(zhì)發(fā)生逆轉(zhuǎn)，發(fā)生錯(cuò)誤折疊，那么細(xì)胞就不得不投入大量的能量來進(jìn)行重構(gòu)與處理，因此細(xì)胞中大部分的蛋白質(zhì)還是要比蛋白更為穩(wěn)定。但是為什么嗜熱鏈球菌細(xì)菌即使在超過70℃的溫度下也不受影響呢？這些細(xì)胞會(huì)優(yōu)先穩(wěn)定那些對熱敏感，功能上關(guān)鍵的蛋白質(zhì)，例如適應(yīng)性蛋白質(zhì)序列。

特殊用途的耐熱細(xì)菌

Picotti的這一發(fā)現(xiàn)可用于遺傳修改生物機(jī)體，幫助它們承受更高的溫度。目前一些化學(xué)品，如乙醇也被用于細(xì)菌生物工程，但是這些細(xì)菌通常只能在狹窄溫度范圍中工作，這限制了產(chǎn)量。如果可以在更高的溫度下進(jìn)行生產(chǎn)，就可以優(yōu)化產(chǎn)量而不損害細(xì)菌。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，某些變性蛋白質(zhì)在更高溫度下會(huì)再次聚集，形成聚集體。Picotti和她的同事發(fā)現(xiàn)在人類細(xì)胞中，蛋白質(zhì)DNMT1首先隨著溫度的升高而發(fā)生變性，隨后又與其它類似的蛋白聚集在一起。這種和其它具有類似性質(zhì)蛋白質(zhì)聚集的性質(zhì)與神經(jīng)障礙如阿茨海默癥或帕金森氏癥有關(guān)。

*次全面穩(wěn)定性研究

這項(xiàng)研究是*個(gè)大規(guī)模在復(fù)雜細(xì)胞基質(zhì)中直接分析幾種生物蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性的成果，這些蛋白質(zhì)并沒有從細(xì)胞中分離出來，也沒有進(jìn)行純化，而是直接檢測不同溫度下細(xì)胞中的所有蛋白質(zhì)。