被基因密码所确定的氨基酸线性链条都要折叠成适当的形状,以执行它们特定的功能,拥有100个氨基酸的蛋白质能够以无数种方式折叠,因此可供选择的结构的可能构象的数量就高达2^100到10^100种不等。为每一种蛋白质去尝试每一种可能构象需要花费大约100亿年的时间。正确的折叠构象能够确保酶正常发挥作用,这就是说,从高熵和高自由能状态变为以低熵和低自由能为特征的热力学稳定状态。
在有用的蛋白质折叠方式与有害的蛋白质折叠方式之间的竞争形成了早期的细胞蛋白质“质量控制”的早期演化,这种控制由另外一组专门的分子机器执行。这些“分子伴侣”能够帮助实现蛋白质的正确折叠,阻止有害聚合物的形成,同时拆解这些“为恶”的聚合物。因此,举个例子,热休克蛋白70(Hsp70)和热休克蛋白60(Hsp60)的分子伴侣能够拆解聚合物(有毒蛋白质),热休克蛋白60由多种蛋白质组成,它能够形成“一个有盖的桶”,在这个桶里,未折叠的蛋白质能够折叠成正确的形状。
蛋白质聚合物和蛋白质片段的降解是至关重要的,因为它们会堆积起来,形成团块,这些东西是含有剧毒的。我们知道,如果发生罢工,导致垃圾清除工作被迫中断,那么街道上便会到处充斥着散发出恶臭的腐烂物质,这时候交通就会受到影响,发生疾病的风险也会增加,甚至整个城市都会迅速变得不正常。细胞和器官也是如此。阿茨海默氏症、帕金森病引起的手颤,库贾氏病所导致的大脑功能的不断退化,所有这些都是由有毒的、无法分解的蛋白质聚合积累而引起的。
许多蛋白质机器被设计为用来处理蛋白质合成和折叠过程中的错误。蛋白酶负责通过消解的方式消除异常蛋白质。肽键断裂反应是由一种蛋白酶所完成的。蛋白质的不稳定性和蛋白质的转换都说明,如果细胞仅仅是含有蛋白质而没有DNA,那么细胞生命周期本身将会非常短暂。所有细胞都会死亡,因为它们不能持续不断地制造出蛋白质来代替那些已经损坏的或者折叠错误的蛋白质。在一个小时内或更短的时间里,一个细菌细胞要么重造所有蛋白质,要么死亡。
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