人們一直對(duì)生活著迷。我們夢(mèng)想揭露它的所有神秘面紗，甚至尋找其他行星試圖在那里找到某種形式的生命。在科學(xué)甚至存在之前，世界各地的哲學(xué)都試圖定義和理解生命。但實(shí)際上可以在我們的鼻子下找到一些答案 - 或者更確切地說(shuō)，就在顯微鏡下。

那是因?yàn)檎麄€(gè)世界都存在于生物分子水平。沒(méi)有它，我們所知道和理解的生活將不存在。

蛋白質(zhì)是這個(gè)生物分子世界的關(guān)鍵參與者。他們通過(guò)相互結(jié)合或與其他分子結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)其基因預(yù)編程目標(biāo)。例如，稱(chēng)為血紅蛋白的蛋白質(zhì)復(fù)合物將氧氣輸送到我們身體的每個(gè)細(xì)胞以進(jìn)行呼吸。幾乎每一個(gè)行動(dòng)都涉及蛋白質(zhì)復(fù)合物之間的相互作

我們的工作目標(biāo)是在生物分子水平上揭示生命的一個(gè)非?；镜募?xì)節(jié)。我們第一次能夠詳細(xì)描述兩種蛋白質(zhì)如何在自然界中相互作用，以及它們?nèi)绾卧谧约旱姆肿邮澜缰斜憩F(xiàn)。

在分子水平上實(shí)際觀察生命并在工作中看到單個(gè)蛋白質(zhì)并非易事。我們?cè)O(shè)法使用一種稱(chēng)為單分子光譜的技術(shù)，這使得科學(xué)家們可以研究單個(gè)分子的特性。

單一蛋白質(zhì)在工作

在光譜儀下，我們探索了一種獨(dú)特的生化系統(tǒng)，可以保護(hù)光合生物分子機(jī)器 - 以及整個(gè)生物體 - 免受太陽(yáng)的致命水平，例如在中午無(wú)云的日子。

光合作用是一個(gè)復(fù)雜的，有潛在危險(xiǎn)的過(guò)程：光合生物在暴露于太多光線時(shí)會(huì)死亡。鑒于此類(lèi)生物需要光才能存活，這聽(tīng)起來(lái)可能很奇怪。但這是一個(gè)很好的例子，說(shuō)明好事太多可以變壞。這就是光合生物具有光保護(hù)機(jī)制的原因，它可以保護(hù)它們免受太多光照。

這些機(jī)制使用各種蛋白質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)流過(guò)光合裝置的能量。

在這些系統(tǒng)中，它是一些蛋白質(zhì)之間的相互作用，決定一個(gè)生物體是否能在完整的太陽(yáng)下生存。雖然這些系統(tǒng)做同樣的工作 - 以安全的方式從光合作用設(shè)備中去除過(guò)多的能量 - 但它們?cè)诓煌纳矬w中的工作方式不同。

我們的最新工作使我們能夠看到這些光保護(hù)機(jī)制之一是如何運(yùn)作的。我們研究了一個(gè)令人難以置信的細(xì)節(jié)，一次一個(gè)，蛋白質(zhì)“觸角”，負(fù)責(zé)光的收獲。這樣做導(dǎo)致了一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)。

我們已經(jīng)知道，藍(lán)細(xì)菌的主要光保護(hù)機(jī)制涉及一種叫做橙色類(lèi)胡蘿卜素蛋白的蛋白質(zhì)與光合作用的光捕獲“天線”的結(jié)合。這項(xiàng)工作還揭示了綁定是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及一個(gè)中間步驟。

一個(gè)簡(jiǎn)單的模型

一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)有助于解釋這個(gè)過(guò)程和關(guān)鍵的中間步驟。

想象一下，用幾塊玩具磚建造一個(gè)樓梯，在最低樓梯下方放置一個(gè)小容器。在雨中把整個(gè)系統(tǒng)拿出來(lái) - 觀察樓梯上的水是如何收集的，然后下降直到它最終落入容器中。

在我們的實(shí)驗(yàn)中，雨代表陽(yáng)光，樓梯在概念上就像光合天線一樣。以與太陽(yáng)能在光合作用天線中相同的方式將水收集在樓梯上。能量保留在天線中直到到達(dá)所謂的反應(yīng)中心，在那里光能被轉(zhuǎn)換成更穩(wěn)定的能量形式。

因?yàn)闃翘菔怯么u砌成的，所以它不防水。它泄漏：水滴在地板上不同的地方，而不是到達(dá)容器。以同樣的方式，光合作用天線泄漏了一小部分能量。

通過(guò)使用光譜學(xué)觀察這些“泄漏”，我們了解了光合作用過(guò)程的復(fù)雜細(xì)節(jié)。

在暴雨中，太多的水會(huì)從樓梯上下來(lái)并溢出集裝箱。相同的情況 - 強(qiáng)烈的陽(yáng)光 - 對(duì)光合生物來(lái)說(shuō)可能是致命的; 他們必須努力避免這種情況。這就是光保護(hù)機(jī)制的用武之地。

我們研究的機(jī)制就好像是從樓梯上取水并在到達(dá)集裝箱之前安全地將其移走。在藍(lán)細(xì)菌的光合機(jī)構(gòu)中，橙色類(lèi)胡蘿卜素蛋白質(zhì)充當(dāng)“收集器”。我們的工作展示了如何將這種蛋白質(zhì)插入光合機(jī)構(gòu)中，以消除有害的，過(guò)量吸收的光能。

為了實(shí)現(xiàn)這種插入，藍(lán)細(xì)菌天線系統(tǒng)的一部分實(shí)際上會(huì)在短時(shí)間內(nèi)分離。這使得橙色類(lèi)胡蘿卜素蛋白能夠“對(duì)接”：它與天線緊密結(jié)合，因此它可以開(kāi)始有效地去除危險(xiǎn)的多余能量。該步驟完全未知，只能使用單分子光譜法進(jìn)行訪問(wèn)。

新知識(shí)

這些新知識(shí)有助于我們理解和理解即使在基本的生物分子水平上復(fù)雜的生活。像單分子光譜學(xué)這樣的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法使這個(gè)神秘的生物分子世界更接近我們，并顯示它對(duì)地球上生物的功能有多重要。