作者:索尼娅·费尔南德斯，加州大学圣巴巴拉分校 像揉皱后的纸团一样，无序的蛋白质表现出缓慢的松弛，出乎意料
信用:Pixabay/CC0公共域 当加州大学圣巴巴拉分校的材料科学家奥马尔·萨利赫和研究生伊恩·摩根在实验室里试图理解无序蛋白质的机械行为时，他们预计在被拉伸后，一种特定的模型蛋白质会像橡皮筋一样瞬间弹回
取而代之的是，这种无序的蛋白质慢慢放松，花了几十分钟才放松到原来的形状——这种行为出乎意料，暗示了一种长期以来被认为存在的内部结构，但很难证明
“放松的速度很重要，因为它让我们对蛋白质的结构组织有了一些了解，”摩根说，他是发表在《物理评论快报》上的一篇论文的主要作者
“这很重要，因为蛋白质的结构组织通常与其生物功能有关
" 一种具有固定“折叠”的蛋白质——一种定义明确的三维结构——与其功能相关，而具有不稳定结构的无序蛋白质则从其动力学中获得功能
“超过40%的人类蛋白质至少是部分未折叠的，它们通常与关键的生物过程以及使人虚弱的疾病有关，”摩根说
慢松弛实际上是一种典型的为折叠蛋白质保留的行为
“在20世纪80年代，人们发现折叠蛋白质表现出缓慢的松弛，”摩根说，这是玻璃的典型行为——玻璃是一种既不是真正的液态也不是结晶固态的材料，但可以表现出两种状态的特征
“我们已经研究折叠蛋白质很长时间了，并为它们开发了许多好的工具，所以很快就发现缓慢的松弛可以用一种机制来解释，通过这种机制，“受挫折的”分子试图在一个小空间中适应自己，”摩根说——一种叫做“干扰”的机制
”“这个解释帮助我们更好地理解了折叠蛋白质的结构，并解释了许多其他系统中的玻璃态行为
" 然而，研究人员试图通过一种被称为磁性镊子的装置拉伸的蛋白质是一种无序的蛋白质
萨利赫说，根据定义，它不是试图将许多分子装入一个小空间，所以它不应该遇到干扰问题
“所以，当我们观察到缓慢的松弛时，这意味着我们对蛋白质的定义是错误的，或者必须有另一种机制，”摩根说
此外，通过让被拉伸的蛋白质放松，但在它有机会完全放松之前用较小的力再次拉伸它，研究人员发现蛋白质“记住”了它以前的拉伸——最初像预期的那样用较大的力拉伸，但最终像预期的那样用较小的力慢慢拉伸，但随时间推移慢慢放松
摩根解释说，从概念上来说，蛋白质被拉伸的时间越长，放松的时间就越长，因此它“记得”自己被拉伸了多长时间
为了解释这些意想不到的玻璃状行为，研究人员从一些相当普通的物体中获得了灵感:皱巴巴的纸和记忆泡沫
这两种结构无序的体系，在受到力的作用后，表现出类似的缓慢的对数松弛，特别是在泡沫的情况下，表现出“记忆”效应
对研究人员来说，这些行为表明，像记忆泡沫和皱巴巴的纸一样，蛋白质的内部结构不是一个单一的固定单元，而是几个独立的子结构之一，这些子结构的强度介于强和弱之间，对不同时间长度施加在材料上的一系列力做出响应
例如，坚固的结构在被拉开并第一个松弛之前可以承受一定的应变，而脆弱的结构会以较小的力拉伸并需要较长的时间来松弛
基于这种多重子结构的概念，并经实验数据证实，研究人员确定蛋白质的对数松弛率与拉伸力成反比
萨利赫解释说:“对紊乱的蛋白质施加的拉伸力越强，蛋白质在相同的时间内就越放松。”
“具有相似结构安排的机械无序系统往往非常耐用，”摩根说
“它们也有不同的机械性能，这取决于你对它们的拉伸和压缩程度
这使得它们根据力的大小和频率具有很强的适应性
“理解这种适应能力背后的结构可以为未来的动态材料打开大门，”摩根说，“就像你的大脑一样，帮助它们过滤掉不重要的信息，使它们更有效地存储重复的刺激。”
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