你了解的最有趣的蛋白質是什麼，為什麼？

01-07

之前看到在你的研究領域，你了解的最有趣的分子（molecule）是什麼，為什麼？這個問題範圍比較大，回答中化學小分子比較多，其實在生物學研究中的蛋白質就有很多值得聊的~ 可以是結構有趣，或者是有某一有趣的特殊的性質/功能，等等~ 比如題主最先想到的就是朊病毒和 GPCRs ~~
也請避免一句話回答呦~~

瀉藥

每個生科狗一開始都會遇到的ATP合成酶，個人認為是最美的蛋白質之一，俗稱ATP泵

很喜歡最後一個名字，因為實在太生動形象了

這個酶長這樣（來自搜狗百科）

它處於膜上，可以說是代謝能量的來源，我們知道人體攝入的漢堡米飯麵條這些都不能直接被細胞利用，要消化，然後要氧化，裡面的能量被轉移到ATP中才能直接使用，這都是高中知識，不贅述。

能量不是直接就這麼轉移過去的，呼吸作用也好，光合作用的光反應也好，都是利用能量（氧化有機物或者光能產生的電子躍遷）將氫離子泵到線粒體內膜外或者類囊體內，形成電勢差和滲透勢差，這個差距會給予氫離子穿回去的動力，然而細胞膜不能隨便過，它想回去就只能通過ATP泵，並貢獻出自己帶的能量

這個過程在化學上可能很複雜，但是看了這個蛋白的圖形其實很好理解，再看一下圖

就是個泵啊！上面是輪盤，中間是軸，底下是齒輪連著氫離子的水車，氫離子從水車過，通過軸和齒輪的傳動裝置帶動輪盤轉動，輪盤有不同構象，每通過三個氫離子，輪盤轉動一周，釋放出一個ATP

動態過程如下

詳細過程可以看這個視頻

http://www.bilibili.com/video/av12968921

最早接觸到這個以後真的不得不嘆服生命的奇妙，實在是精巧絕倫的設計。當然有趣的蛋白質實在太多，不過最早給我留下深刻印象的就是它了。

謝邀。

1. 抗體

普通抗體

算是抖個機靈。抗體是一大類蛋白的總稱。這貨跟誰都認識，大到細菌[1]，小到重金屬原子[2]，它很多都能特異性識別，沾上就不走，就好像給有害物做了個標記。好比一個看門大爺，他認識你（特異性識別），認準你是個壞人，就算是自己打不過你（中和），也要纏住你然後報警（標記並誘導其他免疫機制進行攻擊）。

為什麼這貨這麼火眼金睛，能準確識別並結合百萬種不同的目標物呢？主要靠它頭上（可變區）的六個CDR loops。這六個CDR loops的長短、構象、序列千變萬化，就能識別各種各樣的目標物。

舉個例子，艾滋病病毒 (HIV) 進入人體，要想感染人體，第一件事就是通過它的表面蛋白，即envelope蛋白，結合人的T細胞，然後HIV的envelope蛋白暴露出它隱藏著的一根針（融合肽, fusion peptide），扎進人的細胞，誘導HIV病毒和人的細胞進行融合。融合後HIV病毒將它的逆轉錄酶、RNA之類的注入人的細胞，就完成了侵染的第一步 [3]。這時有少數牛X病人，產生一種抗體PGT151，可以結合這段融合肽，這樣HIV就無法跟人融合，也就大大抑制了艾滋病的侵染 [4-5]。

人廣譜中和抗體PGT151特異性結合HIV-1 envelope蛋白的融合肽區域

2. 草泥馬抗體

是真的草泥馬的抗體，不是罵人。

這貨有一種抗體 (Nanobody)，跟其它動物的抗體都不一樣，它只有正常抗體四分之一那麼大，而且CDR loop格外的長 [6]。

草泥馬抗體

小，有什麼好處呢？草泥馬抗體的可變區是單一結構域，表面沒有普通抗體那樣的疏水界面，在水環境中格外穩定，高溫不壞，久置不壞，胍鹽不壞，蛋白酶不壞；極易生產；腎清除率高，方便製藥 [6]。

長，有什麼好處呢？第一，長，序列和構象的變化就多，特異性就更強；第二，很多目標物蛋白都有很深的洞，長，就能深得進去。

舉個例子， β2腎上腺素受體是一類非常重要的藥物靶點，如果能得到它的蛋白質三維結構，將極大地推動藥物設計。可是這個蛋白非常不穩定。後來比利時的Jan Steyaert教授，為斯坦福大學的Brian Kobilka教授設計了一種Nanobody，CDR loop進入並穩定了 β2腎上腺素受體的構象 [7]，為這個蛋白完整結構的解析提供了幫助，大大推動了這個領域的發展。Brian Kobilka教授也獲得了2011年的諾貝爾化學獎。

另外，鯊魚也有一種類似的抗體 [8]，不過應用沒有Nanobody那麼多。

3. 朊病毒

這貨就是導致瘋牛病的罪魁禍首。

可它是個純蛋白質！！！沒有核酸！！！

它能侵染哺乳動物！還能傳染！它自己還能「複製」！

神經細胞細胞膜上，有一種叫PrPc的蛋白質。朊毒體(PrPSc) 的氨基酸序列，跟PrPc，一樣！可是三維結構，不一樣！朊毒體被吃下去之後不被消化。因為它和體內的蛋白質有相同的一級結構，也不會被免疫系統清除，於是積累下來。朊毒體與體內的正常蛋白接觸時，會誘導其轉化為朊毒體（這不就是複製嗎。。。）該蛋白不能被酶分解，於是在腦部形成斑塊，最終導致中樞神經細胞死亡，腦組織被破壞。從而引起羊搔癢症、瘋牛病，以及人的克雅二氏病和庫魯病。

比起上面提到的草泥馬抗體，這貨才是真正的金剛不壞之身：120-130℃加熱4小時，紫外線，離子照射，甲醛消毒，都不能把它殺滅，對蛋白酶有抗性 [9]。

最可怕的是，這貨不是一種生物，這貨是人的基因表達的一種正常蛋白質，如果發生某種突變/錯誤摺疊，就變成了可傳染的朊病毒。細思極恐啊！

正常蛋白PrPc和朊病毒PrPSc

參考文獻：

[1] Taylor JF, Chang A, Ruf W, Morrissey, Hinshaw L, Catlett R, Blick K, Edgington TS. Lethal E. coli septic shock is prevented by blocking tissue factor with monoclonal antibody. Circulatory shock. 1991 Mar;33(3):127-34.

[2] Sasaki K, Oguma S, Namiki Y, Ohmura N. Monoclonal antibody to trivalent chromium chelate complex and its application to measurement of the total chromium concentration. Analytical chemistry. 2009 Apr 16;81(10):4005-9.

[3] Pancera M, Changela A, Kwong PD. How HIV-1 entry mechanism and broadly neutralizing antibodies guide structure-based vaccine design. Current Opinion in HIV and AIDS. 2017 May 1;12(3):229-40.

[4] Falkowska E, Le KM, Ramos A, Doores KJ, Lee JH, Blattner C, Ramirez A, Derking R, van Gils MJ, Liang CH, Mcbride R. Broadly neutralizing HIV antibodies define a glycan-dependent epitope on the prefusion conformation of gp41 on cleaved envelope trimers. Immunity. 2014 May 15;40(5):657-68.

[5] Lee JH, Ozorowski G, Ward AB. Cryo-EM structure of a native, fully glycosylated, cleaved HIV-1 envelope trimer. Science. 2016 Mar 4;351(6277):1043-8.

[6] Muyldermans S. Nanobodies: natural single-domain antibodies. Annual review of biochemistry. 2013 Jun 2;82:775-97.

[7] Rasmussen SG, Choi HJ, Fung JJ, Pardon E, Casarosa P, Chae PS, DeVree BT, Rosenbaum DM, Thian FS, Kobilka TS, Schnapp A. Structure of a nanobody-stabilized active state of the [bgr] 2 adrenoceptor. Nature. 2011 Jan 13;469(7329):175-80.

[8] Stanfield RL, Dooley H, Flajnik MF, Wilson IA. Crystal structure of a shark single-domain antibody V region in complex with lysozyme. Science. 2004 Sep 17;305(5691):1770-3.

[9] 朊毒體 | Wikiwand

驅動蛋白吖～

最近複習細胞生物學，感覺這種能夠在微管上『走路』的蛋白質真的是莫名的萌吖！

四個決定性的亞基使得驅動蛋白可以結合囊泡並在微管上行走～而微管呢，本身也是一種神奇的結構，不過，那就是另外一個故事了。

細胞中的囊泡，細胞器，都是這樣運動的，把真核細胞系統是如何做到高度有序和細胞分區的，展現的淋漓盡致！

這姥爺步真的是哈哈哈哈哈哈太萌了！

評論區找到一個相關視頻：https://www.bilibili.com/video/av736774/

不是並不是上面那個GIF的出處……

https://www.bilibili.com/video/av2353261/

另一個～

終於找到了～

出處：

https://m.bilibili.com/video/av2353261.html

才疏學淺，顧答此題，如有謬誤，還望斧正。

早在三百年前，人類在綿羊和小山羊中首次發現了感染朊病毒病的患病動物。因患病動物的奇癢難熬，常在粗糙的樹榦和石頭表面不停摩擦，以致身上的毛都被磨脫，而被稱為「羊瘙癢症」。該病廣泛傳播於歐洲和澳洲，潛伏期為18到26個月，患病動物興奮、喪失協調性、站立不穩、瘙癢、癱瘓直至死亡。後來又相繼發現了傳染性水貂腦軟化病、馬鹿和鹿的慢性消瘦病、貓的海綿狀腦病等等。經病理性研究表明，這些病都侵犯動物中樞神經系統，隨病程進展，在神經元樹突和細胞本身，特別是在小腦區星形細胞和樹枝狀細胞內發生進行性空泡化，星形細胞膠質增生，灰質中出現海綿狀病變。這些病均以潛伏期長、病程緩慢、進行性腦功能紊亂、無緩解康復、終至死亡為主要特徵。

二十世紀六十年代，英國生物學家阿爾卑斯（T.Alper）用放射處理其DNA及RNA後，發現其組織仍具有感染性，於是認為「羊瘙癢症」的致病因子不是核酸，而是蛋白質。這與當時的觀念不同且缺乏實驗支持而未被普遍接受。直到1982年，美國神經學與生物化學家盧辛納在致病因子方面探索了八年後發現，致病因子用滅活核酸的方法並不能明顯降低致病性，但蛋白質變性劑卻能是致病性消失。因而，他提出，致病因子確不含核酸，而是蛋白質，相應病毒為朊病毒病，他將這種蛋白質致病因子命名為「朊病毒（Prion）」。進一步研究發現，朊病毒蛋白是由人和動物正常基因編碼的產物（人的該基因位於第20號染色體短臂）。

（內容過多且複雜，待我學習後再寫）

謝邀芝士喵我也不知道為啥我總被你邀請到

趁著還沒有睡意來答一波才疏學淺請多指教

本人背景是學表觀的，接觸的偏分子生物學和生化。

我想先寫個框架吧，畢竟手機也不好引用文獻和插圖。

首先我想到的是抗體antibody(哦不我其實想到的是朊病毒曾經給克里克的中心法則多出一條線的發現也是很厲害)

抗體輕鏈上的可變區可以通過體細胞高頻突變(又AID蛋白介導的，只在b細胞成熟時，在抗體編碼區域進行高頻突變)

就這樣短短的氨基酸一段序列，卻可以結合幾乎所有外來抗原的表位。可以說是十分厲害了(我覺得有趣就包括厲害我想應該不算跑題)

第二

我想說一下lsd1，這個是表觀遺傳學裡的組蛋白去甲基化酶。2004年被哈佛醫學院的施揚老師發現，之前大家認為組蛋白的甲基化只能加上不能去除(區別於DNA的甲基化修飾)

施揚老師組猜測去甲基化這個過程很想一個氧化的過程(具體我不記得了可能得查查資料)，於是在篩選的過程中發現了(說起來可能一句話但是做科研的人會知道很不容易)

第三

我想說cas9，其實我很不願意說它因為太熱了，感覺像是在蹭熱點。

cas9最厲害的是，導向性(定位)，就是生物學裡面的靶向性，這太牛逼了。相比於之前兩代的DNA編輯，zincfinger和talen技術，cas9的導向由guide rna序列決定，這就是說，只要是和guide互補的序列，cas9理論上就會被帶到那段區域。

好了大家覺得如果只是做基因編輯，太虧

knock out，knock in太平常

後面就有花式的技術

(我這裡想插個請開始你的表演的表情包)

和cas9藕連的過表達(Cas9-VPN) 抑制轉錄(例子我忘記連個啥了) 定向突變(Cas9-AID) 做染色體的空間結構(3D genome)等等

第四么

我還沒有想好

介紹一種在膜蛋白研究中非常有用的蛋白MSP (Membrane Scaffold Protein)，可以用來製備納米碟（nanodisc）。

人體中有一種蛋白叫apoA-I，全長243個氨基酸，能夠結合脂類（lipid），在膽固醇代謝中起著很重要的作用。apoA-I在lipid-free的狀態下，能夠以多種構象存在。圖1a中的結構（單體，pdb：2a01）可能是lipid-free狀態下的一種構象。

圖1b中的結構（四聚體，pdb：1av1）可能是lipid-bound狀態下的構象。

圖1

這個蛋白最神奇的地方不是它在人體內的構象，而是在生物技術中的應用。apoA-I的N端43個氨基酸截掉後的部分就是MSP (Membrane Scaffold Protein)，可以用於製作nanodisc。在lipid存在的情況下，如果MSP和lipid的比例在合適範圍內，2分子MSP可以「囚禁」lipid形成規則的圓盤狀複合體，也就是nanodisc。圖2是nanodisc的模型，直徑大概是9.8 nm，2分子MSP均是α-螺旋（α-helix）結構，分別用藍色和青色顯示，MSP包圍的那一圈白乎乎的東西就是lipid。更神奇的是，在MSP的基礎上，逐漸增加其序列長度，還可以製備直徑更大的nanodisc。如果將2個MSP串聯表達，形成MSP2。兩分子MSP2包圍lipid也可以形成類似圖3的結構，直徑會大很多。

圖2

那麼nanodisc有什麼應用呢？最重要的應用就是提供一個類膜環境，將膜蛋白插入nanodisc。與重構在micelle和liposome中相比，將膜蛋白插入nanodisk中，可以最大限度的保持自然狀態下的結構。這是由於nanodisc是一個平面，不會產生張力（不知這個詞對不對）影響膜蛋白構象。而micelle和liposome的表面都是曲面或球面，不可避免的會影響膜蛋白構象。同時nanodisc的大小也適於進行很多生化、生物物理和功能實驗。圖3是一些膜蛋白插入nanodisc的模型。

圖3

然而，也不是所有能夠純化出來的膜蛋白都能重構進nanodisc的，很希望這一技術能夠進一步發展，促進膜蛋白的研究。

參考文獻：

Nath A, Atkins WM, Sligar SG. Applications of Phospholipid Bilayer Nanodiscs in the Study of Membranes and Membrane Proteins[J]. Biochemistry, 2007, 46(8):2059.

謝邀。

說來慚愧，自己剛剛進入結構生物學這個領域不久，答題純屬班門弄斧，各位大神看個熱鬧就好。

介紹一種我之前在康奈爾做過的蛋白P2X7，圖片來源Karasawa A and Kawate T. (2016) Structural basis for subtype-specific inhibition of the P2X7 receptoref="https://elifesciences.org/articles/22153">eLife, 5:e22153

這個蛋白質的亞基看起來非常像一個萌萌的海豚哈哈哈（不知道是老闆川手敏充想出來的還是博後唐沢曉想出來的哈哈哈）

P2X7與慢性疼痛密切相關。在結合ATP之後，P2X7的三個亞基像照相機快門一樣旋轉開放，形成大孔結構，造成下游一系列的炎症反應。很多治療慢性疼痛的藥物都是通過與ATP競爭結合位點而起作用的，但是通過解析晶體結構，大家驚訝地發現，藥物根本就沒有在預期的位點結合，這解釋了為什麼很多藥物的臨床效果並不理想。該工作也為開發新的藥物分子提供了思路。

再說一點八卦。

老闆川手敏充很喜歡打冰球，每到冬天就到處去打比賽。他有一次站在一個小板凳上，說：「如果我能長這麼高（站在凳子上大概兩米吧），我就去當職業冰球運動員，誰還想當科學家啊！」
唐沢曉為了提純這個蛋白整整花了半年的時間。這位博士後師兄人品極好，可惜康村沒有太多日本人，他也就一直沒能找到對象。我也一直在攛掇他來中國當教授，把我大天朝吹得天花亂墜。希望他快點找到女（jiao）友（zhi）。
有一次為了說服唐沢曉來中國，我隨便在復旦生科院官網上找到了一個日本人擔任教授的消息，以此為例，告訴他日本人是可以在中國找到教職的。結果他說他認識這個人（那個人是服部素之，他是川手的師弟）。
川手的實驗室在獸醫學院的四樓（我也不知道為什麼在獸醫學院）。夏天比較熱的時候，每周都會消防演習的（也有說是感測器被熱得報警）。這時候全樓的人都有說有笑的從樓里出來，樓下的獸醫們還會把小狗小貓小馬之類的牽出來，像春遊一樣。
這個晶體結構據說有個東京大學的組也在做，但是我們組比較幸運，搶在前面發了出來。
在冷凍電鏡稱霸結構生物學後，留給X射線晶體衍射發揮的空間已經不多了。康村遲遲沒有購進冷凍電鏡，大家只能用CHESS做晶體衍射，不過幸運的是川手找到了非常合適的研究對象。
課題組的網站是Kawate lab home，不過你們在上面找不到我啦哈哈哈

暫時想到這麼多，以後再更新

瀉藥~曾經的植物狗來答個~

說起最有趣的蛋白我認為是綠色植物葉綠體里的核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）

以下引自RuBisCO - Wikipedia

It is probably the most abundant enzyme on Earth.

就是這個圓滾滾的東西

圖片引自PDB-101: Rubisco

以下網上抄的，侵權立刪除！！

維基百科，自由的百科全書

RuBisCO上有重要的意義，因為它所催化的反應是無機態的碳進入生物圈的主要途徑。RuBisCO是植物葉片中含量最豐富的蛋白質，也可能是地球上含量最多的蛋白質。鑒於它對生物圈的重要性，人們正在努力改進自然界中的1,5-二磷酸核酮糖羧化酶／加氧酶的功能。

作為地球上最多的蛋白，RuBisCO每年可以催化固定1E+11數量級噸的CO2（Siegenthaler et al, 1993）；Rubisco也是世界上數量最大的酶，小至藍細菌和浮游生物大至棕櫚樹和巨杉，所有光合生物都含此酶。在摩爾等人編輯的一本教科書中估計rubisco佔了葉中高達20-25%可溶性蛋白質，並且在全球範圍內以1000kg/秒的速度產生(Moore, R., Clark, W. D., Kingsley, R. S., and Vodopich, D., Botany, Wm. C. Brown, 1995.)。而每個人類需要高達44kg左右的rubisco來供養，所以請多多種樹，行動起來吧！

這玩意兒真的很多啊！有多少？

圖片來源https://www.biocat.com/products/SN-010-IB

看到那坨最大的沒？就是它！RuBisCO Large Subunit！

你們以為這玩意兒含量這麼多很拽是吧？可事實是：

典型的酶分子1秒鐘可催化1000個底物分子，但Rubisco每秒鐘僅固定3分子CO2

儘管RuBisCO在卡爾文循環中起著重要的作用，但其催化效率極其低下，而且會發生氧化反應產生有毒的物質（乙醇酸），需要經過光呼吸途徑進行代謝（Peterhansel et al, 2012）。

辛辛苦苦好不容易固定的能量又分解出去了。。。。

你實在很難明白以高效、合理著稱的大自然居然會有如此不合理的存在！

瀉藥

第一眼看到這個問題的時候我就想到了個蛋白分解途徑，泛素蛋白酶體途徑（ubiquitin proteasome pathway），在這個途徑中泛素化酶起到了極其重要的作用。泛素化酶（ubiquitin）是一種小型調節蛋白，它的結構是這樣的。

圖片來自維基百科

在它的催化下，靶蛋白被標記上四個泛素單體分子，而後進一步去摺疊然後轉移進入蛋白酶體（proteasome）核心位點，進行水解。

活性位點被包裹在中心圖片來自維基百科

簡單來說這個像是個桶一樣的蛋白質酶體就是個碎紙機，目標蛋白是一張張白紙，在經過泛素化標記後這些紙就被丟入這個碎紙機中分解啦。

整個過程是極其複雜的，我這也只是提到了這反應中的冰山一角，有興趣的同學可以去查下相關資料咯。

我想這就是我學習生物後最最最喜歡最感興趣的蛋白質啦。

我本科是學化學的，大家都知道化學反應的體系比較大，最起碼都是mL級別的吧。

然後剛開始接觸分子生物學的時候，反應都是uL級別的，然後酶的使用量更小。

當時覺得Taq好厲害啊，作為蛋白卻能耐受這麼高的溫度，還能在高溫下行駛功能。後來接觸了phusion，更是奉為神器啊，擴增速度快，保真性還超級高，果然錢花的是有道理的。

還有一次帶本科生純化GFP，mCherry等，顏色都很漂亮，也感嘆了一段時間。

至於我自己的課題，我研究的蛋白都是嬌氣的寶寶，有時透析過夜第二天來沒掛我就感覺很欣慰了，至於哪裡有趣了，了解多了就不覺得怎麼有趣了，當然有時會覺得有點神秘，因為對於這個蛋白，有些東西是未知的，自己會對可能的結果有些猜想，也會有很多實驗去探究。算了，裝不下去了。。。TNND，這次純化你要再死掉，我就跟你拼了！

之前已經有老哥提到ATP泵了，那我就再提一個泵吧

鈉鉀泵

顧名思義，這個蛋白質就是將細胞膜內的鈉離子泵到膜外，把膜外的鉀離子泵到膜內

原理很簡單但是其生理意義很重要

由於鈉離子泵出和鉀離子泵進數量不一樣，細胞膜內對細胞膜外顯負電，這是靜息電位的基礎。

有了靜息電位才會有動作電位，才能傳導神經衝動

哦對了還有很多其他分子把鈉離子的濃度差作為運輸能量來源，只有存在鈉離子濃度梯度的時候其他分子才能進入或者進出細胞

乙醛脫氫酶Acetaldehyde dehydrogenase

乙醛聽起來也許有點陌生但是他在人體內的前身

乙醇——所有人都認識～

乙醇，也就是酒精，進入人體後被分解為乙醛，再由乙醛脫氫酶，俗稱ALDH，進一步反應為乙酸，最後變為熱量，二氧化碳和水。

ALDH之所以很重要也很有趣，是因為亞洲人普遍存在其基因變異的問題，導致ALDH不夠，乙醛無法被及時代謝。於是，短時間內大量乙醛在人體內堆積，造成最直接的現象就是！！！

ps. 市面上有些戒酒藥，就是針對ALDH讓其失活，於是服用者一喝酒就各種上頭，臉紅，頭暈，噁心不適，想繼續喝都喝不下(-?_-?)

本來學生化的後面轉去生命科學了。。其實我覺得histone也不錯，它的各種modification包括acetylation，methylation，phosphorylation這幾個常見的，與癌症的產生有緊密關聯。biomarker除了histone這類現在能夠有效控制，但不能特定爭對的（就是說無specialized binding

site），還有尚處於雛型階段的satellite DNA，這兩種biomarker都是未來抗癌的前景，雖然只有前者是protein。

謝邀……但是……題主邀請了我兩次這種問題……可我還只是個啥也沒開始學的本科生請允許我先馬住，也許有朝一日可以來回答這個問題……

外貌協會來答一波，不說功能只看外形....

Can』t believe haemoglobin hasn』t got mentioned yet??

Learnt it in first year uni biochem and I found it super cool XD

Such awesome symmetry, has an iron centre which binds oxygen.

Looks like a web with a gem at the centre, which makes the centre part lower slightly, like a person standing on a trampoline. And then when oxygen binds, it』s like a string was attached to the iron and pulls the net back to a horizontal position.

Such an interesting protein LOLOh and also I find beta-barrels very pretty too.

For beta barrels that are membrane protein such as membrane channels(like porin shown in the picture immediately below), the beta sheets with hydrophilic side chains would face inwards and hydrophilic side chains face outwards, so that ions and small charged molecules and pass through the centre.