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研究人员用X光拍出了最高分辨率的蛋白质图像

导读: 劳伦斯·利弗摩尔国家实验室的几名研究员以及其他国家的学者们组成的国际研究队伍用X光拍出了最高分辨率的蛋白质图像,揭示了当光照射到一种光合作用细菌的重要蛋白质上时,其形状的变化。

  劳伦斯·利弗摩尔国家实验室的几名研究员以及其他国家的学者们组成的国际研究队伍用X光拍出了最高分辨率的蛋白质图像,揭示了当光照射到一种光合作用细菌的重要蛋白质上时,其形状的变化。相关结果发表在12月5日的《Science》上。

  人类生物学是大量物质反应的集合,且这些反应全都包括被称作“生命的分子”的蛋白质。科学家们正在从原子及电子的层面上逐步了解这些生命所必须的反应。

  “这些结论证实了我们可以对各种生物分子使用同样的反应方式,这些分子包括在医药上十分重要的蛋白质,”MariusSchmidt说。“我们正在进入生物学的空白领域,研究超快时间尺度上,一些微小但十分重要的物质反应。”

  实验结果将为生命科学的研究提供启发,包括在最小尺度上理解生物学和为药物研究发现分子尺度的靶丸。

  实验在斯坦福直线加速器中心的直线加速相干光源(LCLS)中进行。LCLS的X光脉冲要比同步加速器产生的X光亮十亿倍,研究人员可以观察到光照射百万分之一秒的时间内,蛋白质原子尺度的变化。

  研究中所用到的LCLS脉冲可以每千亿分之一秒测量一次,像一个高速相机一样从不同角度记录超快变化。

  “这项实验是LCLS首次成功的以如此高的分辨率直接观察蛋白质的结构变化,”Frank说。

  研究所用的蛋白质是在紫细菌中发现的“光敏黄蛋白”(PYP),它就像细菌的眼睛,会对某种特定波段的光较为敏感。其工作机制与其他生物学上的接收器十分相似,包括人类眼睛中的接收器。

  “尽管化学元素是不同的,但本质上是同一种反应,”Schmidt说。实验结果表明这项技术可以作用于像PYP这样的标准蛋白质,这为用LCLS研究更复杂和更重要的分子奠定了基石,他说。

  在LCLS的实验中,研究人员准备了晶体化的蛋白质样本,在用LCLS的X光照射之前,先将每个约2微米长的针型晶体用光学激光照射。

  当入射X光照射到晶体上时会产生衍射图样,用这些图样可以还原蛋白质的3D结构。研究人员将照射后的蛋白质结构与未照射的蛋白质结构进行对比可以得出光照引起的结构上的变化。

  “在这项工作中,我们在微秒的时间尺度上观察结构的变化。而为了证明这种方法的潜力我们必须提前计算大概的时间范围,”Frank说。“后续实验中,我们将探测更短时间内同种蛋白质的结构变化。”

  “将来我们打算用同种技术研究各种酶类和其它蛋白质。”Schmidt说。

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