蛋白質是組成人體一切細胞、組織的重要成分，是生命的物質基礎，也是生命活動的執行者。機體所有重要的組成部分都需要有蛋白質的參與。一般說，蛋白質約占人體全部質量的18%，最重要的還是其與生命現象有關。

但是，蛋白質只有在正確折疊成特定的三維結構時才能發揮作用。錯誤折疊的蛋白質會導致許多疾病，包括囊性纖維化、青少年白內障、阿爾茨海默病和多種癌癥。

蛋白質結構可以分為四級。

1、一級結構（primary structure)：氨基酸殘基在蛋白質肽鏈中的排列順序稱為蛋白質的一級結構，每種蛋白質都有唯一而確切的氨基酸序列。

2、二級結構（secondary structure）：蛋白質分子中肽鏈并非直鏈狀，而是按一定的規律卷曲（如α-螺旋結構）或折疊（如β-折疊結構）形成特定的空間結構，這是蛋白質的二級結構。蛋白質的二級結構主要依靠肽鏈中氨基酸殘基亞氨基（—NH—）上的氫原子和羰基上的氧原子之間形成的氫鍵而實現的。

3、三級結構（tertiary structure）：在二級結構的基礎上，肽鏈還按照一定的空間結構進一步形成更復雜的三級結構。肌紅蛋白，血紅蛋白等正是通過這種結構使其表面的空穴恰好容納一個血紅素分子。

4、四級結構（quaternary structure）：具有三級結構的多肽鏈按一定空間排列方式結合在一起形成的聚集體結構稱為蛋白質的四級結構。如血紅蛋白由4個具有三級結構的多肽鏈構成，其中兩個是α-鏈，另兩個是β-鏈，其四級結構近似橢球形狀。

同義突變（或沉默突變）是DNA 片段中某個堿基的突變并不改變其所編碼的氨基酸。其原因在于該位置的密碼子突變前后為簡并密碼子。如：CTA與CTG 均編碼亮氨酸，若A突變為G則該變異為同義突變或“沉默突變”。

長期以來，科學家們一直認為沉默突變不會影響到其所翻譯的蛋白質的正確折疊過程以及蛋白質的結構和功能。

因此，即使同義突變幾乎占基因序列突變中的一半，也往往被無情地忽視。

然而，2020年2月18日，美國Notre Dame大學的研究人員在美國科學院院刊 PNAS雜志發表了題為：Synonymous codon substitutions perturb cotranslational protein folding in vivo and impair cell fitness 的研究論文。

該研究證實，基因的這些“沉默突變” 竟然會導致蛋白質折疊的改變，進而損害細胞功能。

長期以來，同義突變一直被認為是基因組的背景噪音，但這項研究表明，同義突變確實會導致蛋白質折疊的改變，進而損害細胞功能。

該研究的通訊作者Patricia Clark說，這項研究結果表明，DNA序列的同義變異（占大多數遺傳變異）可以顯著影響細胞蛋白質的適應水平。

Patricia Clark和她的團隊研究了一種自然產生的抗生素抗性基因，即大腸桿菌的基因序列。大腸桿菌只包含4000個基因，而人類的基因則超過了20000個。研究小組聚焦于同義突變是如何改變核糖體合成蛋白質的速度。核糖體是存在于所有細胞內的分子機器，負責蛋白質合成的過程。

該研究發現大腸桿菌中的氯霉素乙?；D移酶（CAT，一種具有復雜三級結構的水溶性同三聚體大腸桿菌酶）的同義突變（shuf1）可以擾亂蛋白質折疊，進而導致大腸桿菌的嚴重生長缺陷。

這項研究第一次為50多年來一直縈繞在這一領域的假說提供了答案。

在活細胞中嚴格檢驗這一假設是極具挑戰性的。研究團隊決定研究細菌而不是人類細胞，這對實驗順利進行非常有幫助。它使得研究人員能夠在特定的基因中進行突變，并確定這些突變在多大程度上影響了蛋白質的折疊。

Patricia Clark表示，還需要進一步的研究來同義突變是如何導致蛋白質錯誤折疊的。

之前，科研界以為同義突變不會造成問題，這一錯誤的看法導致超過一半的DNA突變被忽略掉了，但這項最新研究，清楚地表明，同義突變確實會對細胞產生顯著影響。

論文鏈接：https://www.pnas.org/content/117/7/352

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的颠覆教科书：打破50年来的认知，DNA同义突变会影响蛋白质折叠，进而影响细胞生长...的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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