科普：2004年諾貝爾化學獎解讀

央視國際 (2004年10月06日 22:09)

　　新華社消息（姜岩 毛磊 劉軍）： 蛋白質是包括人類在內各種生物體的重要組成成分。對於生物體而言，蛋白質的生老病死至關重要。然而，科學家關於蛋白質如何“誕生”的研究成果很多，迄今至少有５次諾貝爾獎授予了從事這方面研究的科學家，但關於蛋白質如何“死亡”的研究卻相對較少，今年的諾貝爾化學獎表彰的就是這方面的工作。

　　

瑞典皇家科學院６日宣佈，將２００４年諾貝爾化學獎授予以色列科學家阿龍切哈諾沃、阿夫拉姆赫什科和美國科學家歐文羅斯，以表彰他們發現了泛素調節的蛋白質降解。其實他們的成果就是發現了一種蛋白質“死亡”的重要機理。

　　蛋白質是由氨基酸組成的，氨基酸如同磚頭，而蛋白質則如結構複雜的建築。正如同有各種各樣的建築一樣，生物體內也存在著各種各樣的蛋白質。不同的蛋白質有不同的結構，也有不同的功能。通常看來蛋白質的合成要比蛋白質的降解複雜得多，畢竟拆樓容易蓋樓難。

　　蛋白質的降解在生物體中普遍存在，比如人吃進食物，食物中的蛋白質在消化道中就被降解為氨基酸，隨後被人體吸收。在這一過程中，一些簡單的蛋白質降解酶如胰島素發揮了重要作用。科學家對這一過程研究得較為透徹，因而在很長一段時間他們認為蛋白質降解沒有什麼可以深入研究的。不過，２０世紀５０年代的一些研究表明，事情恐怕沒有這麼簡單。

　　最初的一些研究發現，蛋白質的降解不需要能量，這如同一幢大樓自然倒塌一樣，並不需要炸藥來爆破。不過，２０世紀５０年代科學家卻發現，同樣的蛋白質在細胞外降解不需要能量，而在細胞內降解卻需要能量。這成為困惑科學家很長時間的一個謎。７０年代未８０年代初，今年諾貝爾化學獎得主阿龍切哈諾沃、阿夫拉姆赫什科和歐文羅斯進行了一系列研究，終於揭開了這一謎底。原來，生物體內存在著兩類蛋白質降解過程，一種是不需要能量的，比如發生在消化道中的降解，這一過程只需要蛋白質降解酶參與；另一種則需要能量，它是一種高效率、指向性很強的降解過程。這如同拆樓一樣，如果大樓自然倒塌，並不需要能量，但如果要定時、定點、定向地拆除一幢大樓，則需要炸藥進行爆破。

　　這三位科學家發現，一種被稱為泛素的多肽在需要能量的蛋白質降解過程中扮演著重要角色。這種多肽由７６個氨基酸組成，它最初是從小牛的胰臟中分離出來的。它就像標簽一樣，被貼上標簽的蛋白質就會被運送到細胞內的“垃圾處理廠”，在那裏被降解。

　　這三位科學家進一步發現了這種蛋白質降解過程的機理。原來細胞中存在著Ｅ１、Ｅ２和Ｅ３三種酶，它們各有分工。Ｅ１負責激活泛素分子。泛素分子被激活後就被運送到Ｅ２上，Ｅ２負責把泛素分子綁在需要降解的蛋白質上。但Ｅ２並不認識指定的蛋白質，這就需要Ｅ３幫助。Ｅ３具有辨認指定蛋白質的功能。當Ｅ２攜帶著泛素分子在Ｅ３的指引下接近指定蛋白質時，Ｅ２就把泛素分子綁在指定蛋白質上。這一過程不斷重復，指定蛋白質上就被綁了一批泛素分子。被綁的泛素分子達到一定數量後，指定蛋白質就被運送到細胞內的一種稱為蛋白酶體的結構中。這種結構實際上是一種“垃圾處理廠”，它根據綁在指定蛋白質上的泛素分子這種標簽決定接受並降解這種蛋白質。蛋白酶體是一個桶狀結構，通常一個人體細胞中含有３萬個蛋白酶體，經過它的處理，蛋白質就被切成由７至９個氨基酸組成的短鏈。這一過程如此複雜，自然需要消耗能量。

　　後來很多科學家的大量研究證實，這種泛素調節的蛋白質降解過程在生物體中的作用非常重要。它如同一位重要的質量監督員，細胞中合成的蛋白質質量有高有低，通過它的嚴格把關，通常有３０％新合成的蛋白質沒有通過質檢，而被銷毀。但如果它把關不嚴，就會使一些不合格的蛋白質矇混過關；如果把關過嚴，又會使合格的蛋白質供不應求。這都容易使生物體出現一系列問題。比如，一種稱為“基因衛士”的Ｐ５３蛋白質可以抑制細胞發生癌變，但如果對Ｐ５３蛋白質的生産把關不嚴，就會導致人體抑制細胞癌變的能力下降，誘發癌症。事實上，在一半以上種類的人類癌細胞中，這種蛋白質都産生了變異。

　　泛素調節的蛋白質降解在生物體中如此重要，因而對它的開創性研究也就具有了特殊意義。目前，在世界各地的很多實驗室中，科學家不斷發現和研究與這一降解過程相關的細胞新功能。這些研究對進一步揭示生物的奧秘，以及探索一些疾病的發生機理和治療手段具有重要意義。

責編：劉棣