科學家破解膠原蛋白不穩定性之謎！關鍵就在「分子訂書針」

加拿大西門菲莎大學(SFU)的物理學家們，終於解開了膠原蛋白長期以來最令人困惑的特性。透過原子力顯微鏡(AFM)的突破性觀察，研究團隊發現第四型膠原蛋白中的半胱胺酸能形成特殊鍵結，就像「分子訂書針」般穩定結構，這項發現為理解結締組織的關鍵特性帶來革命性進展。

膠原蛋白約佔人體蛋白質的20%，是肌腱、骨骼、軟骨和皮膚等結締組織的主要成分，不僅提供支撐力，更為細胞生長搭建重要支架。然而科學家長年困惑：為何在體溫下不穩定的分子，卻能擔負如此重要的結構性角色？解開這個謎團，對於改善脆骨症、埃勒斯-當洛症候群和糖尿病等膠原蛋白相關疾病的治療至關重要。

由於傳統光學顯微鏡無法觀測單一膠原分子，博士後研究員Alaa Al-Shaer運用AFM技術，在不同溫度下捕捉膠原蛋白的影像。首席研究員Nancy Forde教授解釋，這種技術就像「用指尖閱讀分子表面的盲文」，能精細感受分子結構變化。

研究發現，穩定的膠原蛋白呈現三股螺旋結構，類似繩索般纏繞；高溫下則解螺旋成隨機線圈。特別的是，第四型膠原蛋白中的半胱胺酸能在股鏈間形成鍵結，猶如分子訂書針，使結構在高溫下保持穩定，並在降溫時自我修復。缺乏這種鍵結的膠原蛋白則容易崩解且無法重組。

更驚人的是，當研究團隊比對其他物種的蛋白質序列資料庫時，發現這種「分子訂書針」機制在包括古老物種在內的多細胞生物中普遍存在。Forde強調：「這顯示半胱胺酸具有不可替代的功能重要性，如果其他胺基酸也能勝任，我們理應在演化過程中觀察到替代現象。」

這項發表在《美國國家科學院院刊》的研究首創運用AFM描繪膠原蛋白的溫度敏感性折疊路徑。Forde指出，相較於過往使用短鏈合成肽的研究，AFM技術能更準確反映完整膠原蛋白的複雜序列特性，將有助驗證或挑戰既往發現。

研究團隊正計劃將此技術應用於變異膠原蛋白研究，特別是與疾病和老化相關的型別。Forde興奮表示：「我們期待與SFU理學院的優秀學生們繼續合作，解開更多生命奧秘！」

這項突破性發現不僅解答了膠原蛋白穩定性的百年之謎，更為未來開發相關疾病療法開闢新途徑。想掌握最新科學突破？立即訂閱《SciTechDaily》電子報！