蛋白质序列上的结构不对称性与共翻译折叠

蛋白质从 N 端到 C 端进行翻译，这引出了其固有方向性如何影响进化的基本问题。为探究此问题，我们分析了来自蛋白质数据银行（PDB）的 16,200 个结构。我们发现 C 端显著富集 $\alpha$-螺旋，而 N 端富集 $\beta$-折叠。此外，这种 $\alpha$-$\beta$ 不对称性还与序列长度和接触序相关，二者均为折叠速率的决定因素，暗示其可能与共翻译折叠（CTF）存在联系。因此，我们提出“最慢优先”方案：蛋白质序列进化出结构不对称性以加速 CTF，即将协同折叠片段中最慢的部分置于 N 端附近，使其在翻译过程中拥有更多折叠时间。一个唯象模型预测，当折叠时间与翻译时间相称时，CTF 可通过不对称性加速，速率最高可达两倍；对 PDB 的分析显示，结构不对称性在此区间确实最大。这种对应关系在原核生物中更为显著，因其通常需要更快的蛋白质生产。总之，这表明加速 CTF 是一种重要的进化驱动力，其与稳定性和功能性的相互作用被编码于序列不对称性中。