結構生物化學/蛋白質/核糖體上的蛋白質摺疊
儘管在蛋白質摺疊的“體外”研究方面做了很多工作，但很少有研究顯著地推動了“體內”蛋白質摺疊方面的工作。後者的重要性來自於蛋白質摺疊據推測是由分子機制引導的，而不是蛋白質獨立地根據最低能量構象摺疊。儘管已證明蛋白質僅透過伴侶蛋白就能成功地達到其天然狀態，但似乎在新蛋白質的產生時，必須有某種東西來幫助二級和三級結構的形成。結構生物學雜誌的一篇最新觀點文章的作者 Lisa D. Cabrita、Christopher M. Dobson 和 John Christodoulou 在題為“核糖體上的蛋白質摺疊”的文章中發表了關於新合成的蛋白質新生鏈如何出現的最新發現的更新。
蛋白質鏈開始摺疊的地方是一個被廣泛研究的主題。當新生鏈穿過核糖體的“出口通道”進入細胞環境時，鏈何時開始摺疊？文章將討論核糖體通道中共翻譯摺疊的概念。蛋白質的新生鏈在其 C 端與肽醯基轉移酶中心 (PTC) 結合，並將以向量方式出現。該通道非常狹窄，對新生鏈施加了某種剛性，隨著每個氨基酸的新增，蛋白質的構象空間都會增加。共翻譯摺疊可以透過幫助蛋白質在仍在核糖體通道中時獲得一定程度的天然狀態來幫助減少可能的構象空間。蛋白質的長度也可以很好地估計其三維結構。較小的鏈傾向於有利於 β 片，而較長的鏈（如達到 119 個殘基中的 153 個殘基的鏈）傾向於有利於 α 螺旋。
核糖體通道長 80 埃以上，寬度約為 10-20 埃。通道內部有輔助分子，如 L23、L22 和 L4 蛋白，它們與新生鏈相互作用，幫助摺疊。該通道還具有親水性，有助於新生鏈透過而不受阻礙。儘管剛性，但通道不是被動的導管，但它是否具有促進蛋白質摺疊的能力尚不清楚。最近一項涉及冷凍電鏡的實驗表明，通道中存在摺疊區域。在出口埠（距離 PTC 約 80 埃），新生鏈已經形成了一個首選的低階構象。這加強了以下建議：該鏈可以在某些區域具有摺疊程度。儘管可以發生一些低階摺疊，但天然狀態的採用發生在通道外部，但並非一定是在新生鏈被釋放時發生。結合的新生鏈 (RNC) 採用部分摺疊的結構，在擁擠的細胞環境中，這會導致鏈自締合。然而，這種自締合通過沿出口通道排列的交錯核糖體來緩解，從而最大限度地增加了 RNC 之間的距離。
目前對蛋白質摺疊的理解來自於對蛋白質在各種不同環境中復性的體外研究以及計算機模擬的體外研究。這些研究只能幫助推斷蛋白質形成體內過程的一部分。蛋白質摺疊是在核糖體合成新生多肽鏈後開始的，因為它是由核糖體合成的。因此，蛋白質摺疊的開始與多肽鏈的持續合成相耦合。
目前，蛋白質摺疊被認為是一個過程，該過程是由於該蛋白質的氨基酸之間的相互作用而發生的，這些相互作用可以走某些路徑來達到最低能量狀態，即天然狀態。但是，蛋白質可能會從某些路徑開始摺疊，並導致低能量但不是天然狀態的構象。蛋白質無法擺脫這種構象，除非輸入大量的能量。這種非天然狀態是蛋白質可能發生錯誤摺疊並導致聚集的一種方式。另一個可能影響獲得天然狀態的可能性因素是，較大的蛋白質具有更多摺疊的可能性，這降低了形成能量最有利狀態的可能性。蛋白質利用“共翻譯摺疊”來減少蛋白質可用的構象空間範圍。除此之外，分子伴侶還有助於進一步幫助蛋白質達到其天然構象狀態。
生成 RNC 並對其從通道中出現時的快照進行拍攝的一種技術是阻止翻譯。使用沒有終止序列的截短 DNA。這使得新生鏈能夠保持結合，直到需要為止。為了確定鏈的殘基，可以使用碳-13 或氮-15 對其進行標記，然後透過核磁共振波譜檢測。另一種技術是 PURE 方法，它包含翻譯所需的最小成分。該方法已被用於研究鏈與輔助分子（如 TF 伴侶）之間的相互作用。該方法與石英晶體微量天平技術相結合，透過質量分析合成。生成 RNC 鏈的一種體內技術是在高細胞密度下刺激它。這最初是在未標記的環境中完成的，然後將細胞轉移到標記的培養基中。RNC 由 SecM 生成。RNC 透過親和層析純化，並透過 SDS-PAGE 或免疫印跡檢測。
透過生成 RNC，可以進行許多實驗來研究更多關於出現的新生鏈的資訊。如上所述，該鏈以向量方式從出口通道中出現。這使得該鏈能夠對天然摺疊進行取樣，並增加了摺疊到天然狀態的機率。除了這種向量摺疊之外，伴侶還有助於實現有利的摺疊速率和正確的摺疊。
在大腸桿菌中，70S 核糖體顆粒由 50 種蛋白質和 3 種 RNA 分子組成。70S 核糖體顆粒中與蛋白質摺疊相關的最有趣的結構特徵是核糖體出口通道。這是一個連線 PTC（肽醯基轉移酶中心）與細胞環境的通道。尺寸包括長度為 80 埃，寬度為 10-20 埃。70S 內襯著大型 RNA 分子和 L4 和 L22 核糖體蛋白。此外，L23 充當其他分子在摺疊過程中進行停泊的點。最近的冷凍電鏡研究表明，核糖體出口通道中的 L4 和 L22 蛋白可以干擾蛋白質合成，以及與新生鏈的其他相互作用。此外，已觀察到精氨酸殘基透過改變靜電勢來阻止翻譯過程。儘管據推測核糖體出口通道具有或多或少剛性的結構，但似乎它確實在一定程度上支援了新生鏈摺疊。這可以透過以下事實來證明：平均而言，該通道能夠容納約 30-40 個殘基，這大大超過了完全伸展的多肽鏈序列。新生鏈摺疊的程度似乎取決於正在合成的蛋白質型別。某些新生鏈跨膜蛋白序列似乎可能已經在通道內部構建了 α 螺旋結構。研究從核糖體出口通道中出現的新生鏈對任何當前的結構和細胞生物學方法來說都是一項重大挑戰。本文提出的一個想法是能夠對延伸過程進行“快照”。為了做到這一點，必須人為地阻止翻譯，這將涉及設計缺少終止密碼子的 DNA 鏈。另一個問題也是在核糖體中來自其他殘基的海洋中關注新生鏈中感興趣的特定殘基。
本文中提到的例子，例如使用 SDS-PAGE 分析流感血凝素的核糖體結合新生肽鏈 (RNC)，顯示它們可以形成二硫鍵並進行糖基化。此外，使用單克隆抗體，人們發現新生肽鏈從隧道中出現的速率存在差異。這些例子和其他例子表明，新生肽鏈不僅可以獲得結構，而且可以在與核糖體連線時獲得活性。新生肽鏈的摺疊速度似乎與存在的終止密碼子和稀有密碼子的數量有關。原因是間斷的翻譯速率會減慢摺疊過程。然而，較慢的速率似乎能產生更有效的摺疊，因為新生肽鏈有更多時間來形成其天然結構。由於摺疊過程的動態性，大多數闡明對翻譯摺疊的理解的生化和物理方法都被 X 射線晶體學所迴避，因為在晶體學中很難獲得動態性。
當新生肽鏈開始從隧道中出現時，它有機會與協助摺疊過程的分子相互作用。這些分子包括分子伴侶、肽脫醯胺酶和訊號識別顆粒。第一個協助新生肽鏈摺疊的分子是 48kDa 的 TF，它停靠在 L23 上。這種蛋白在沒有新生肽鏈的情況下會停靠和脫落，但如果有新生肽鏈存在，它與 L23 結合的親和力就會增加。TF 會發生構象變化，形成一個保護新生肽鏈的空腔。TF 使足夠多的多肽鏈出現，從而可以實現相當程度的摺疊。它是透過與鏈的疏水片段結合來實現這一點的，即使它已經從 L23 上釋放了。一旦鏈的疏水區域不再暴露，TF 似乎會解離，並允許其他輔助分子協助蛋白摺疊。TF 似乎提高了摺疊效率，但以摺疊速度變慢為代價。然後由 SRT 完成蛋白易位，它將 TF 轉移到三聚體跨膜蛋白。這使得進一步的加工和摺疊成為可能。
核糖體催化肽鍵形成，這個過程被稱為肽醯基轉移催化，並透過讀取 mRNA 的遺傳密碼來合成多肽。核糖體由一個大亞基和一個小亞基組成，原核細胞和真核細胞都是如此。原核生物具有 70S 核糖體，每個核糖體都包含一個小亞基 (30S) 和一個大亞基 (50S)。真核生物具有 80S 核糖體，每個核糖體都包含一個小亞基 (40S) 和一個大亞基 (60S)。由於結構上的差異，細菌 70S 核糖體容易受到這些抗生素的影響，而真核 80S 核糖體則不會。在細胞結構中，線粒體具有類似於細菌的核糖體；然而，真核細胞內的線粒體不會受到這些抗生素的影響，因為它們被其細胞器的膜包圍著。人們發現細菌中翻譯過程的起始發生在 30S 亞基上。這個過程需要提高孵育溫度和離子強度，以便組裝成其氨基酸序列中包含的正確三級結構。由 Masayasu 博士進行的關於大腸桿菌中核糖體和核糖體成分合成的研究實驗也發現，核糖體顆粒的正確組裝發生在它們自身分子成分的結構中，而不是由其他非核糖體因素決定的。
核糖體是蛋白質合成的必要因素，它在翻譯過程的起始階段組裝在 mRNA 的翻譯起始區 (TIR) 上。mRNA 在穿過大核糖體亞基時被解碼，並將多肽鏈放置在核糖體的另一個亞基中。一旦到達核糖體中的終止密碼子，新合成的蛋白質就會解離。在最後的核糖體迴圈階段，核糖體亞基解離，mRNA 被釋放。翻譯過程的主要事件在原核細胞和真核細胞中都非常相似。每個階段的詳細機制存在主要差異。細菌翻譯涉及相對較少的因子，這與真核生物中更為複雜的過程形成對比。
在蛋白質延伸過程中，核糖體 PTC 作為催化劑，切割
Leung, Ki Yun, et al. (2011). [1] 核糖體介導的肽醯基轉移催化的機制, 80(1):527-555.