【PDB-101】2016年7月 月度分子:应乐果甜蛋白【搬运·翻译】
——像应乐果甜蛋白这样甜到上天的蛋白们是欺骗我们味觉受体的高手

糖吃起来很甜,这里面是有道理的:它对细胞而言是高效率、易利用的好能源,进化当然倾向于让我们在吃糖时感到格外嗨皮。我们味蕾里有一群细胞带着专门的糖感受器,只要我们吃了富含糖的食物就会用美妙的味道回报我们。不过,有些别的分子能骗过这些感受器,在给予我们味觉享受的同时不附带丝毫卡路里的负担。这类分子除了长得类似糖的人工合成的分子——比如阿斯巴甜(aspartame)——之外,还包括一系列甜味蛋白。
甜滋滋的蛋白
人们在非洲植物中发现了好几种甜到离谱的蛋白,包括而不限于应乐果甜蛋白(monellin,来自PDB条目3mon)、奇异果甜蛋白(thaumatin,来自PDB条目1thv)及brazzein(来自PDB条目2brz)。一分子的这些蛋白有时能比一分子糖甜上十万倍(ATP注:如果与同摩尔数的蔗糖相比的话,只有奇异果甜蛋白能甜到十万倍,应乐果甜蛋白和brazzein可达到上千倍;此数据参考自维基百科),所以只要非常少的一点点就可与相对大量的真正糖类媲美。最初研究者们发现这类蛋白时,他们猜测或许它们都“伸出来”了一小段肽链,用来模拟糖的结构。然而,后来获得的结构图像中并无这样的东西存在。目前人们认为这些蛋白是作为一个整体发挥作用的,其性质来源于把甜味受体锁死在激活状态的能力。
调味蛋白
人们在热带植物中还发现了一些蛋白,它们具有甚至比那些甜味蛋白还要更神奇的性质:改变食物尝起来的味道。Neoculin(PDB条目2d04)和神秘果蛋白(miraculin,此处未图示)可以把酸味食物变得味甜。它们身上有些氨基酸的性质会在酸性环境(也就是满是酸味食物的环境啦)里发生改变,进而刺激甜味受体,结果搞得我们以为吃到了甜的东西。Gurmarin(PDB条目1c4e)的性子跟上面那两位对着干:它阻断味觉受体对糖的感受,导致原先甜味的东西吃起来不再味甜,因此是个味觉抑制剂。
感受甜味

我们对甜味的感受只由一类名叫TIR2/TIR3的受体负责,它的模样跟此处展示的这个谷氨酸受体(PDB条目2e4z和4or2)十分相似,由两部分组成:一个位于胞外、与糖结合的结构域,以及一个将信号传导至胞内的典型的GPCR(ATP注:G蛋白偶联受体~)结构域。人们认为,应乐果甜蛋白等具有甜味的蛋白质能结合进甜味受体上那个环绕着糖结合位点的大沟壑,由此骗得受体以为有糖类过来跟它结合了。
探索结构:应乐果甜蛋白

应乐果甜蛋白实在太甜了,所以用它来做甜味剂是个不错的选择,毕竟只要一丁点的它就够甜了。然而,只要一加热,它的甜味就会迅速退去,这对烘焙来说可不太好。为了解决这个问题,研究者们把组成它的两条链连在一起,改造出了更加耐热的应乐果甜蛋白。如果你想探索野生型应乐果甜蛋白(PDB条目3mon)以及两种单链版本的应乐果甜蛋白(PDB条目1mol和1fa3),请去原网页查看可互动的JSmol文件。
更多话题
1.奇异果甜蛋白常被开发蛋白质结晶方法的研究人员拿来当实验材料,因为它既容易获取又容易结晶。你可以去搜搜有关它的内容,看看它的各种用途。
2.溶菌酶(lysozyme)和马槟榔甜蛋白(mabinlin)尝起来也是甜的,不过没有正文中出现的那几位那么甜。你不妨搜索下关于它们的信息,看看它们的结构长什么样子。

除了甜甜甜甜甜之外,文中说到的那些个小蛋白们各自的故事也有的很有意思。比如说,应乐果甜蛋白最初被从一种生长在西非的灌木的果实中提取出来时,不知道是不是因为太太太太甜了,人们还以为它是某种神奇的碳水化合物,后来才发现是蛋白;它的英文名字monellin跟它的来源无关,而是取自最初分离纯化了它并解析了它的性质的研究所之名Monell。奇异果甜蛋白在合成它的植物体内的生理作用跟甜味没有半毛钱关系,而是参与对抗包括类病毒和一些真菌在内的病原体;它的结构被认为是一类病原体反应蛋白结构域的“原型”,含有此类结构域的蛋白存在于许多类型的生物中(包括秀丽隐杆线虫和水稻之类),在植物中尤其普遍,能被病原体本身或相关信号激活,参与植物的应激反应。当然了,其实每个蛋白都会有一些跟它相关的有趣故事,这里就先扯一点关于那两个的事,若有对其他感兴趣的可以自行咕狗。不过,话说回来,这些蛋白的名字本身其实已经很好玩了,一会儿奇异果、一会儿神秘果,听着怪神奇的……(顺便,thaumatin另有个译名叫索马甜,好像还不戳?)
再多说一句,我觉得我翻译完这篇所得到的最大收获是:溶菌酶居然是甜的……
因技术与能力限制,请前往原网页查看原文中所有超链接及可互动的JSmol文件。
强烈推荐去PDB-101官网查看原文,顺便探索一下这个干货满满的科普平台。
作者:David S. Goodsell
原文网址:https://pdb101.rcsb.org/motm/199
PDB-101首页:https://pdb101.rcsb.org/
RCSB PDB首页:https://www.rcsb.org/
封面是合成应乐果甜蛋白的植物果实,来源:https://news.ncbs.res.in/archivednews/story/serendipity-shockingly-sweet-protein