蛋白質摺疊

蛋白質摺疊的理論和實驗前沿涵蓋超快摺疊、折疊病理學和計算預測。

φ-value 分析
Fersht（1995）開發的 φ-value 分析以定點突變探測過渡態結構。φ = ΔΔG‡/ΔΔG_eq：φ = 1 表示該殘基在過渡態中已形成天然接觸（folded-like TS），φ = 0 表示未形成。CI2（chymotrypsin inhibitor 2）的 φ 分析揭示了核凝（nucleation-condensation）機制——折疊核（folding nucleus）同時形成二級和三級結構。系統的 φ-value 數據可約束 MD 模擬的過渡態集合。

超快摺疊
Trp-cage（20 殘基，~4 μs 折疊）、villin headpiece（35 殘基，~10 μs）、WW domain（~20 μs）等超快摺疊蛋白是計算與實驗驗證的模型系統。溫度跳躍（T-jump）激光光譜以 ns-μs 時間解析追蹤摺疊動力學。Shaw et al.（2010, Science）以 Anton 超級計算機模擬 12 個小蛋白質的自發折疊，結果與實驗速率定量一致——這是 MD 模擬折疊問題的里程碑。

Downhill folding
Garcia-Mira et al.（2002）提出某些超快蛋白質可能以無能量障礙的「downhill」機制折疊——不經過兩態的過渡態。BBL 蛋白質的爭議性結果（downhill vs two-state）推動了單分子方法驗證：smFRET 和力譜在折疊領域的重要性由此凸顯。

Intrinsic Disorder 和折疊-結合耦合
約 30-40% 的真核蛋白質含有固有無序區段。部分 IDP 在結合夥伴時才折疊（coupled folding and binding, Wright & Dyson, 1999）。熱力學上：結合自由能的一部分用於補償折疊的構型熵損失（ΔG_bind = ΔG_fold + ΔG_interaction），導致 IDP 結合的親和力較低但特異性可以很高。

摺疊輔助蛋白（見 chaperones 條目）和共翻譯折疊
體內折疊環境與體外截然不同：大分子擁擠效應（macromolecular crowding, ~300 mg/mL in cytoplasm）穩定折疊態（excluded volume 效應）；核糖體出口通道（exit tunnel, ~80 Å 長，~10 Å 直徑）限制了新生肽鏈的構象——共翻譯折疊（cotranslational folding）可能是許多大蛋白質的主要折疊途徑。

文獻參考：Anfinsen, C.B. (1973). Science, 181, 223-230. / Bryngelson, J.D. & Wolynes, P.G. (1987). PNAS, 84, 7524-7528. / Plaxco, K.W. et al. (1998). J. Mol. Biol., 277, 985-994. / Shaw, D.E. et al. (2010). Science, 330, 341-346.