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上海源葉生物科技有限公司
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生物鐘是怎樣設(shè)定的
2015-6-27 閱讀(366)
*，為了適應(yīng)地球自轉(zhuǎn)引起的晝夜改變（尤其是光強(qiáng)和溫度）,，地球生物會(huì)通過生物鐘調(diào)控自己的活動(dòng)。生物鐘周期與地球自轉(zhuǎn)周期相符,，大約是24小時(shí),。那么，這個(gè)周期到底是怎樣決定并執(zhí)行下來的呢,？
日本分子科學(xué)研究所 (IMS)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),，地球的自轉(zhuǎn)周期（24小時(shí)）銘刻在生物鐘蛋白KaiC的原子結(jié)構(gòu)上。這種蛋白在藍(lán)藻中表達(dá),，是直徑10 nm的小分子,。這項(xiàng)研究于六月二十五日發(fā)表在Science雜志上，不僅有助于深入理解生物鐘的基礎(chǔ)機(jī)制,，還可以幫助人們治療與異常晝夜節(jié)律有關(guān)的疾病,。
生物鐘一直是生物學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，人們已經(jīng)在許多生物（從細(xì)菌到哺乳動(dòng)物）中闡明了生物鐘與多種疾病的關(guān)系,，但一直不清楚24小時(shí)晝夜節(jié)律是如何建立起來的,。
研究人員用藍(lán)藻解決了這個(gè)問題。藍(lán)藻的生物鐘主要包括三個(gè)蛋白（KaiA,、KaiB和KaiC）和ATP,。2007年的一項(xiàng)研究表明,，KaiC的ATPase活性（介導(dǎo)ATP水解）與生物鐘周期密切相關(guān),。這說明，可能是KaiC的功能性結(jié)構(gòu)決定了晝夜節(jié)律,。
已知在KaiA和KaiB存在的情況下,，KaiC的ATPase活性表現(xiàn)出節(jié)律性的振蕩。而這項(xiàng)研究顯示,，即使不存在KaiA和KaiB,，KaiC的ATPase活性依然在振蕩，而且這個(gè)振蕩頻率大致為24小時(shí),。由此可見,，KaiC就是24小時(shí)穩(wěn)定周期的來源。（延伸閱讀：Science子刊：成功移植生物鐘）
研究人員用高分辨率的晶體學(xué)技術(shù)分析了KaiC的N端結(jié)構(gòu)域,，通過原子結(jié)構(gòu)揭示了KaiC比其他ATPase慢的原因,。“KaiC有一個(gè)空間障礙阻止水分子進(jìn)入理想的ATP水解位點(diǎn),，該障礙錨定在一個(gè)多肽異構(gòu)化（polypeptide isomerization）的結(jié)構(gòu)上,，"Dr. Jun Abe解釋道,。“這樣ATP水解就涉及了水分子進(jìn)入和可逆的多肽異構(gòu)化,，比一般ATP水解需要更大量的自由能,。正因如此，KaiC的ATPase活性要慢得多,。"
這種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)介導(dǎo)的反饋機(jī)制使KaiC的ATPase活性始終保持低水平,，其時(shí)間常數(shù)就是地球的自轉(zhuǎn)周期（24小時(shí)）。這項(xiàng)研究在原子水平上證明,，蛋白小分子可以通過結(jié)構(gòu)調(diào)控產(chǎn)生24小時(shí)節(jié)律,。“人類和其他復(fù)雜生物可能也具有類似的分子機(jī)制,。在擁擠而嘈雜的細(xì)胞內(nèi)環(huán)境中,，這是一個(gè)很巧妙的計(jì)時(shí)機(jī)制，"Shuji Akiyama教授說,。
