背后的分子机制生物钟的滴答声透露

科学家可能已经找到关键控制蓝藻生物钟的机制,其惊人的缓慢几十年来一直困扰着研究人员。通过时钟蛋白质的研究,两个独立的研究小组首次发现机制,控制生物体的昼夜周期归结为原子尺度上的变化。这个时钟的内部运作的简单性意味着生物钟更复杂的生物,可能以相似的方式工作。

昼夜节律生物钟是驱动力,过程调节有机体的生物活性据一个24小时的周期。生物学中无处不在,这些时钟已经观察到在大多数生物体从真菌对人类。最简单的时钟之一存在于蓝藻、割开它的运作是一个优秀的模型。然而,到目前为止,分子机制已难以捉摸。

蓝藻的生物钟要求三种蛋白质:KaiA, KaiB KaiC。系统运行在ATP,生物能源的货币,和是一个24小时的频率的振荡器。其核心是KaiC的磷酸化,推行KaiA白天,夜里KaiB抑制。蛋白质而言,这个周期是非常缓慢的,正是这种缓慢,给了很多科学家头痛:怎么能这样快,动态环境中的蛋白质产生这样的缓慢振荡?

这个研究提供了第一个原子水平证明小蛋白质分子能产生24小时节律通过调节分子结构和反应,”解释道认秋山日本集团负责人调查生物钟。他们发现了ATP水解KaiC作为反应足够缓慢负责缓慢振荡频率和使用高分辨率的晶体学研究水解前后涉及的结构。¹他们发现缓慢源于两个特别的耗时方面化学:水解所需的水分子几乎是遥不可及,在水解多肽经历了一个缓慢的构象变化。

但这可能只是故事的一半。平行于这项研究中,一个美国研究小组发现,另一个时钟蛋白质,KaiB、开关两个蛋白质之间可逆折叠在一个罕见的现象称为变质。开始从每天晚上活动,KaiB切换到一个不稳定的,活跃的褶皱KaiC为了复杂,开关是缓慢的,它提供了一个时间延迟降低振荡频率。²时钟不工作当KaiB KaiC可以绑定快,”说安迪LiWang论文的主要作者。“蓝藻进化的策略是让KaiB做出转变的概率从活动到活动褶皱罕见。“值得注意的是,因为活动褶皱是不稳定,所以没有找到KaiB孤立时,它已经被忽视了10年以来KaiB(不活跃)的晶体结构是解决。

这两种机制之间的关系仍有待发现,但LiWang希望:“我真的相信我们能算出从上到下,在原子分辨率,与这件事是怎么回事。

安德鲁•米勒英国爱丁堡大学的他并没有参与这项研究,有兴趣看结果如何配合生物钟其他生物中找到。的慢,每日的生物钟周期一直是悬而未决的谜团。这将是有趣的学习(真核生物)是否也有这种不寻常的动态,在他们的活动或辅助蛋白质,”他说。

其他的问题,类似的机制在高等生物是一个主要的问题,特别是对于秋山的组。“[我们]试图找到对应的更复杂的生物,”秋山说。一个水分子,ATP,多肽链,和其他通用生物组件参与这一规定表明,人类和其他复杂有机体可能也有类似的分子机制。