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宾西法尼亚大学医学院研究人员首次对蛋白的内在运动（internal motion）或“暗能”进行观测，揭示出蛋白的内在运动影响其功能的机制，颠覆了对蛋白结构－功能相关性的传统认识，为设计高效药物带来新的参考。详细内容刊登于《Nature》杂志。
生物通报道：宾西法尼亚大学医学院研究人员首次对蛋白的内在运动（internal motion）或“暗能”进行观测，揭示出蛋白的内在运动影响其功能的机制，颠覆了对蛋白结构－功能相关性的传统认识，为设计高效药物带来新的参考。详细内容刊登于《Nature》杂志。
文章作者A. Joshua Wand博士说，现在的情况如同天体物理学中讨论被理论预测的未知暗物质或者暗能一样，生物学理论学家也曾经对“蛋白拥有内在运动所代表的能量，但无人能看见”的理论表示不懈。Wand等摸索出一种寻找能量的方法，开始对这种所谓的蛋白质暗能进行定量。
蛋白的形状和内部结构都有延展性，因此能够扭曲和转向与其它蛋白结合。“我们所观察到的运动非常微小，但很快，每秒钟十亿次运动，” Wand说，“蛋白只是振动和颤抖。”内在运动代表了一种叫做熵（entropy）的能量。
目前，研究和药物设计所用到的蛋白结构和功能的模型常不能说明它们的非静止本质。“传统模型只是一个可以呈现蛋白的所有构象的复合物。”
Wand等测量了钙调蛋白（calmodulin）及其分别与六个其它蛋白相互作用。这六个蛋白中包括在平滑肌收缩及多种脑功能中发挥重要作用的蛋白。
Wand等利用核磁共振光谱仪，观察钙调蛋白分别与六种不同蛋白结合状态下，钙调蛋白本身的内在运动的变化，发现钙调蛋白的熵(其所具备的能量的组分之一)的变化与钙调蛋白-蛋白复合体形成所需的总熵的变化之间，有直接关系。
寻找与整个蛋白复合体的熵（或运动）相对的个体蛋白的贡献（contribution，生物通编者译），有很多困难。从个体贡献，他们推断蛋白熵值的变化对于钙调蛋白与其蛋白伴侣结合的过程非常重要。
“在发现这些意想不到的结果之前，本领域的大多数研究人员都认为熵值对蛋白－蛋白相互作用的贡献是零或者可以忽略不计，”Wand说，“但现在很明显，总熵是蛋白结合的重要组成。”
研究人员根据这个新发现推测，熵的组成可能是药物设计很容易失败的原因所在。目前，药物设计一般基于目的药物的生理靶标——蛋白的活性区的精确结构。然而，得到的与其靶标结合的分子比工程分子要少很多。Wand说：我们认为原因是设计依赖于静态蛋白模型，而不是不断改变形状的蛋白。
将来的研究方向包括验证此次研究所总结的原理是否具有普遍性，是否对符合生物学和病理学原理的数千个蛋白－蛋白相互作用有影响。“蛋白－蛋白相互作用是‘信号传递’的中心，而后者常常是疾病的分子起源。癌症、糖尿病和哮喘是三个重要的例子，我们目前正在这三种疾病中寻找蛋白熵在控制关键信号传递事件中的作用。”
研究受到美国国立糖尿病消化与肾病研究所(National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases，NIDDK)资助。（生物通 小粥）
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