一项新的研究为自然界中蛋白质结构及其折叠的惊人多样性提供了新的线索。研究人员着手揭示大自然在多大程度上探索了可能的蛋白质拓扑的广阔前景。结果揭示了一系列令人震惊的未探索的蛋白质折叠，扩大了我们的理解并揭示了蛋白质宇宙的深度。

这项研究发表在《自然结构与分子生物学》杂志上。

蛋白质是生命的组成部分，折叠成特定的三维结构，使它们能够发挥其生物学功能。蛋白质的三维结构由其氨基酸序列决定。虽然多年来实验技术已经成功地解开了许多蛋白质的结构，但由α螺旋和β链的排列和连接性定义的新蛋白质折叠的发现却变得越来越少。这就提出了一个问题：大自然未探索到的蛋白质折叠空间有多大?为了解决这个长期存在的问题，人们进行了理论研究;然而，缺乏实验验证。

为了解决这个问题，研究小组开展了一项研究，将新型蛋白质折叠的理论预测与其从头设计的实验验证相结合。

研究小组根据物理化学和蛋白质结构数据设计了规则，从理论上预测可能的蛋白质折叠。然后使用这些规则来预测新的αβ折叠，该折叠由4到8个链β折叠组成，目前的蛋白质数据库(PDB)中尚未观察到。这导致总共识别出12,356个新折叠。然后，该团队尝试从头开始通过计算设计预测的新折叠的蛋白质，以评估新折叠的可折叠性和保真度。

生命和生命系统探索研究中心(ExCELLS)的研究员ShintaroMinami表示：“我们尝试通过计算设计具有四链β折叠的所有预测折叠的蛋白质，其中包括形成结状结构的折叠。”)。“在设计蛋白质时，我们并没有期望所有蛋白质，尤其是形成结的蛋白质，都能按预期折叠成结构。”

实验测试的结果令人惊讶。RIKEN高级研究员NaohiroKobayashi表示：“对于所有折叠，计算设计的蛋白质结构与实验结构非常匹配。”

这些发现表明至少存在大约10,000个未探索的可折叠αβ折叠，考虑到自然界中仅观察到400个αβ折叠，这是一个重要的启示。这表明蛋白质折叠空间中许多潜在的折叠仍然未知。

这些结果引发了关于蛋白质结构和进化的几种假设。一种假设是，蛋白质在生物学中存在的时间可能还不够长，不足以探索所有可能的折叠。另一个假设是，自然界中的蛋白质折叠本质上是有偏差的，因为地球上的所有生命都源自一个共同的祖先。

名古屋大学助理教授GeorgeChikenji表示：“蛋白质可能是通过反复重复使用特定的折叠同时表达不同的功能而进化的。如果外星生命确实存在，它可能会利用一组不同的蛋白质折叠。”

蛋白质以其多样化的功能而闻名，这些功能是由蛋白质三维结构的多样性产生的。这项研究揭示了自然界中至少存在大约10,000个未知的可折叠αβ折叠

“具有这些新颖折叠的蛋白质设计将导致结构更加多样化。这将为功能性蛋白质分子的从头设计铺平道路，从而在药物开发、酶设计和其他领域带来突破。”NobuyasuKoga，美国国立自然科学研究所(NINS)生命和生命系统探索研究中心(ExCELLS)教授。