淀粉樣蛋白（amyloids）是一類非常容易聚集在一起形成纖維狀結構的蛋白質片段，的例子就是在阿茲海默病患者腦部發現的β-淀粉樣蛋白斑塊。許多淀粉樣蛋白都會與鋅或其它金屬離子結合，但是，這些金屬離子的功能卻不為人所知。更重要的是，不是所有的淀粉樣蛋白都會引起疾病，許多淀粉樣蛋白具有重要的生理功能。

 

近，來自美國麻省理工學院（MIT）、加利福尼亞大學舊金山分校（UCSF）和Syracuse University的科研團隊合作解開了一種與鋅離子結合的淀粉樣蛋白的結構，這一發現有望推動我們對于淀粉樣蛋白功能以及它們如何導致疾病的認識。這項研究發表在了近的《美國國家科學院院刊》(《Proceedings of the National Academy of Sciences 》)上。

 

科研人員首先設計了一種人造淀粉樣蛋白，它包含7個氨基酸，并與一個鋅離子結合。這個淀粉樣蛋白模擬了碳酸酐酶的催化部分的關鍵結構，這個酶的催化部分在鋅離子的幫助下，催化生命過程中的一個基本化學反應，即從二氧化碳和水生成碳酸氫根。而人造淀粉樣蛋白能夠以同樣的效率催化這個反應，同時也能形成纖維狀結構。這種結構簡單的、同時具有催化功能的淀粉樣蛋白，可能就是原始酶的雛形，研究其結構對于了解生命進化過程中酶的演變具有重要的意義。

 

隨后，科研人員使用核磁共振和生物信息學的方法研究了淀粉樣蛋白纖維的結構。這些纖維中包括了層層重疊的β折疊結構，這其中每一個淀粉樣蛋白都通過其組氨酸支鏈與另一個淀粉樣蛋白相結合。進一步的研究發現，其中一半組氨酸與一個鋅原子結合，另一半與兩個鋅離子結合。每一個鋅離子都位于兩層淀粉樣蛋白之間，它與一個上層的組氨酸支鏈和兩個下層的組氨酸支鏈結合，形成了一個四面體的結構。這一結果顯示，鋅離子不僅對于這個淀粉樣蛋白的催化功能其重要作用，還在其形成的纖維狀結構中也有關鍵作用。

 

這項研究的通訊作者、麻省理工學院化學系教授Mei Hong表示：“盡管通過核磁共振已經對淀粉樣蛋白的結構進行了大量高分辨率的研究，人們對于金屬離子的作用的研究卻很少。有一些分子動力學模型可以猜測金屬離子如何結合組氨酸，但在這項研究之前并沒有在原子層面的對金屬離子和淀粉樣蛋白的協調結構的研究。”

 

下一步，科研人員計劃研究與神經退行性疾病密切相關的淀粉樣蛋白的結構，那些淀粉樣蛋白也會與包括銅和鋅在內的金屬離子結合。通過研究它們的結構，有望揭示金屬離子在這些神經疾病的形成過程中發揮的作用，并尋找潛在的治療方法。