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蛋白质如何按小时变化是计算出生物钟如何工作的核心

昼夜节律钟在微生物和细菌,植物和昆虫,动物和人类中发现。这些时钟的出现是为了适应白天的剧烈波动和地球自转造成的温度。但我们仍然不完全了解这些微小的生物钟是如何工作的。

在2月17日至21日在加利福尼亚州旧金山举行的第62届生物物理学会年会上,美国加利福尼亚大学的Andy LiWang将展示他的实验室研究蓝绿色蓝藻生物钟的工作。一种称为螺旋藻的蓝细菌含有丰富的维生素和矿物质,可用作糖果和口香糖的天然食用染料。

LiWang的研究小组发现,蛋白质如何逐小时移动是蓝细菌生物钟功能的核心。“现在很明显,真核[动物]时钟也是如此,”李旺说。

蓝藻生物钟蛋白是独特的,因为它们可以在没有活细胞的情况下在试管内重建。研究人员研究了这些蛋白质和三磷酸腺苷(ATP),这些蛋白质的食物,创造了一个功能数周的生物钟。

LiWang的结构生物学实验室使用核磁共振(NMR)光谱(MRI的母技术)来研究生物分子的蛋白质结构和动力学,然后利用这些结构来深入了解它们的功能。“我们还研究了蛋白质是如何摆动,弯曲和变形的,因为这些运动......对于它们的生物功能也是至关重要的,”LiWang说。

LiWang的实验室还与加州大学圣克鲁兹分校的Carrie Partch等X射线晶体学家合作,因为X射线晶体学是一种在原子和近原子分辨率下捕获蛋白质及其复合物静态结构的强大技术。

“令我们惊讶的是,生物钟蛋白的内部运动在多大程度上决定了它们的功能,”李旺说。“个别蛋白质的静态X射线晶体结构,主要由其他实验室解决,对我们的工作是非常宝贵的,但只讲述了部分故事。”

蓝藻时钟蛋白与动物或人类时钟的时钟蛋白并不完全相同,但蛋白质作为所有生物钟表机构的齿轮,齿轮和弹簧,蛋白质的整体功能相似。

“由于时钟蛋白需要保留时间,因此无论蛋白质是否相同,都应该在所有时钟之间共享生物计时的一些基本原则,”LiWang说。“我们的蓝藻生物钟蛋白复合物的结构提供了重要的机制见解,但是系统的静态快照是不断移动和逐小时变化的,”LiWang说。

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