1838年,荷兰科学家格利特·马尔德率先发现了蛋白质。打开百度词条,你能看到很多与蛋白质相关的解释,从结构、性质、组成、分类到相关学科,似乎很全。但事实上,人类过去近200年间的努力,窥见的仍是冰山一角。
让我们把时间调回到1953年。克里克和沃森在英国杂志《自然》上公开了他们的DNA模型,生命研究由此进入了一个由ATCG构成的编码时代。在此基础上,克里克又提出了著名的“中心法则”,用简单清晰的表述,讲清了DNA、RNA、蛋白质三者的关系:
如果说,DNA是一本密码本的话,RNA就从这本生命天书里不断抄写重要的句子,RNA会以三个碱基为一个密码子,每个密码子对应一个氨基酸,“翻译出”一长串氨基酸串联成多肽。一条或者多条多肽通过肽键连接再一起,最终通过折叠,形成各种具备3D结构的蛋白质。此后,折叠后的氨基酸序列继续“组装”,最终形成蛋白质复合物。
人体中只包含20种天然氨基酸,却构建出复杂多姿的生命形态。你可以把蛋白质比喻成一张白纸,白纸可以折出纸飞机,可以卷成圆柱,或者变成瓦楞状——千变万化的姿态决定了他们千差万别的功能
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最终打开了生命之门,也打开了人类研究生命之窗。
但这样的“折叠”对科学家而言极具挑战。
蛋白质的颗粒直径大概在1-100纳米之间,而可见光的波长在390纳米以上,这意味着什么?如果人类用可见光来观察蛋白质,就会发生衍射,因为蛋白质已经小于光的波长,突破了可见光能观测到极限。科学家开发出一系列的技术手段,例如先让蛋白质结晶,然后用射线照射来计算蛋白质的结构数据。但蛋白质结晶困难重重,之后冷冻电镜的出现,在不需要结晶的情况下,进一步打开观察蛋白质的视野。此外,还有诸如分子标记、质谱分析等等方法,来识别和分析蛋白质。
例如,在2021年,西湖大学吴建平实验室解密精子活化开关CatSper通道体结构,并且发现了此前人类从未知晓的蛋白组分,为不育症相关药物和非激素类避孕药物开发奠定了重要基础。