病毒的结构 科学网—传染性蛋白的负面和正面（一） 打破分子生(9)

折叠错误的蛋白常常会彼此结合，聚合成为比较大的“团块”或者纤维状。这些聚集的蛋白即使被打上泛素的标签，也由于它们体积太大而使蛋白体“啃”不动它们。这个时候细胞就会启动另一种功能，那就是“自噬”（autophagy），细胞质内形成半球形的膜，像张开的“嘴”，将一部分细胞内容物，包括蛋白凝聚物，甚至一些细胞器如线粒体，都“吞”进去，形成完全由由膜包裹的“自噬体”（autophagosome），自噬体和溶酶体融合，自噬体中的内容物就进入溶酶体，在那里被消化掉。

如果折叠异常的蛋白在细胞外凝聚，细胞就不容易清除它们了。疯牛病的Prion蛋白和引起老年痴呆症的Ab蛋白（见后文）都是在神经细胞外形成聚合物和斑块的，细胞也不能有效地除去它们，最后导致细胞的死亡。即使是在细胞内，在有的情况下，细胞也无法清除它们。因此即使细胞有多种机制来防止蛋白折叠异常和清除折叠异常的蛋白质，在有些情况下折叠异常的蛋白质还是会出现并且在细胞外或者细胞内留存并且积累，导致疾病。

传染性蛋白的结构特点和传染性的由来

蛋白分子发生异常折叠后，分子的结构会发生改变，其中最重要的是原来的a-螺旋和无定形的肽链部分转变为b-折叠。例如“正常”的Prion 蛋白（PrPc）中含有大约40%的a-螺旋，而几乎没有b-折叠。而引起痒羊病的Prion蛋白（PrPsc）中，却有45%的肽链部分在b-折叠中。

不仅如此，PrPsc中的b-折叠还会作为模板，“诱使”PrPc蛋白也形成同样的b-折叠，也就是变成PrPsc的分子结构。换句话说，PrPsc蛋白有以自身为模板，以PrPc为原料，“复制”自己的能力。这正是这种形式的蛋白质具有传染性的原因。即使到了新的动物体内，它也能够把该动物的PrPc改变成为PrPsc，即在新的动物中复制自己。

如果PrPsc复制自己后仍然停留在单分子状态，没有毒性，那最多使得PrPc的数量减少，相当于使PrPc的功能减弱或者消失。但是PrPsc分子并不停留在这一步，而是多个PrPsc分子还会通过分子中的b-折叠一层一层地叠加起来，形成细长的纤维状结构，叫做“小纤维”（fibril），这样的结构就可以具有毒性，导致神经细胞的坏死。用聚合程度不同的PrPsc聚合物来感染豚鼠的大脑，发现含有14-28个PrPsc分子的小纤维，即聚合程度还不高的小纤维，毒性最强，但是其杀死神经细胞的机制还不清楚。

用电镜观察这些小纤维，发现它们的直径在10 nm左右，不分支。新的PrPsc分子加在小纤维的顶端，使小纤维不断延长，因此观察到的小纤维长度不一。在小纤维中，b-折叠中肽链的方向是与纤维的长轴相互垂直的，叫“横向”的b-折叠（cross b-sheet），即小纤维是由b-折叠的“片”一层一层地叠加而成的，就像盘子可以叠起来，形成一大摞盘子一样。病毒的结构这样形成的结构极为稳定，不容易被蛋白酶水解，而且能够耐受高温处理，这是食用受疯牛病感染的牛肉，即使经过充分的烹煮或者烧烤，也会被传染上疾病的原因。

这样的结构可以用染料“刚果红”（Congo Red）染成砖红色。在结合到Prion型的肽链结构时，刚果红在可见光范围内的吸收峰会向波长更长的方向移动，从刚果红自身的480 nm变为长于500nm。这个性质可以用来鉴定Prion型的蛋白结构。由于小纤维中b-折叠具有方向性，对偏振光的吸收率随方向而不同，在被刚果红染过的PrPsc蛋白在偏振光显微镜中呈苹果绿色，叫做“双折射”（birefringence）现象，这是鉴定传染性蛋白的另一个特征性指标。还有一种染色办法是用硫黄素T（Thioflavin T，ThT）。它在结合到传染性蛋白上后荧光强度会增加，并且发出的荧光峰值有红移现象，即发射光谱的波长变长，从445 nm移到482nm，可以作为另一个鉴定Prion型蛋白的指标。

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