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地球的每日旋轉(zhuǎn)周期是在原子水平上

日期:2015-07-03 15:47:55

 日本研究人員協(xié)同組已經(jīng)證明,地球的每日旋轉(zhuǎn)周期(24小時(shí))是在原子水平上,表示在藍(lán)藻細(xì)胞中小于10nm直徑的生物分子編碼KaiC蛋白上。

 
按照環(huán)境中的日變化(尤其是光的強(qiáng)度和溫度)地球繞其軸線(xiàn)每日旋轉(zhuǎn),許多生物調(diào)節(jié)它們的生物活性,以確保最佳的健康和效率。生物鐘機(jī)制,是生物體調(diào)節(jié)其生物活性的定時(shí)。該時(shí)鐘的周期被設(shè)置為約24小時(shí)。在生物從細(xì)菌到哺乳動(dòng)物廣泛研究調(diào)查的生物鐘。因此,生物時(shí)鐘和多種疾病之間的關(guān)系已被澄清。不過(guò),目前還不清楚24小時(shí)晝夜規(guī)律的事實(shí)。
 
上面提到的研究小組用藍(lán)藻解決了這個(gè)問(wèn)題。藍(lán)藻生物鐘可以通過(guò)混合三種時(shí)鐘蛋白(KAIA,KaiB和KaiC)和ATP重建。2007年公布的一項(xiàng)研究表明,KaiC ATP酶活性,介導(dǎo)的ATP水解反應(yīng),強(qiáng)烈與晝夜周期有關(guān)。該研究的結(jié)果表明,KaiC的功能結(jié)構(gòu)可以是負(fù)責(zé)確定晝夜的規(guī)律。
 
KaiC ATP酶活性表現(xiàn)出KAIA和KaiB蛋白存在強(qiáng)大晝夜振蕩。在此處報(bào)道的研究中,KaiC ATP酶活性的時(shí)間甚至在沒(méi)有KAIA和KaiB展出同一個(gè)衰減和擺動(dòng)分量。仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn),該信號(hào)的頻率為0.91天到1天,其中大約有24小時(shí)的時(shí)間相吻合。因此,KaiC是一個(gè)穩(wěn)定的周期,調(diào)與地球每天自轉(zhuǎn)周期相同。
 
以確定的因果結(jié)構(gòu)因素,KaiC的N-terminal結(jié)構(gòu)域被使用高分辨率晶體進(jìn)行分析。所得的原子結(jié)構(gòu)揭示KaiC的速度相對(duì)慢于其它ATP酶的潛在原因。“一個(gè)水分子被防止攻擊到用于ATP水解由鄰近的ATP磷酰基空間位阻提供了理想的位置。另外,這種障礙確實(shí)決定了組成多肽異構(gòu)衍生的彈簧狀結(jié)構(gòu)”,Dr. Jun Abe闡述說(shuō)。“ATP的水解,這涉及一個(gè)水分子的訪(fǎng)問(wèn)綁定ATP和反向多肽的異構(gòu)化,預(yù)計(jì)需要自由酶比典型ATP水解明顯用量要大,因此,本研究解釋了發(fā)現(xiàn)在三維原子結(jié)構(gòu)為什么KaiC的ATP酶活性是如此之低(由100至百萬(wàn)倍)比典型ATP酶的分子。”
 
生物鐘的周期是獨(dú)立的環(huán)境溫度,這種現(xiàn)象被稱(chēng)為溫度補(bǔ)償。一個(gè)KaiC分子由六個(gè)相同的亞基,每片含重復(fù)結(jié)構(gòu)域的一系列ATP酶基序。不對(duì)稱(chēng)原子調(diào)節(jié)由上述機(jī)制決定了維持ATP酶活性在恒定低水平的反饋機(jī)制。這項(xiàng)研究的作者發(fā)現(xiàn),地球的每日旋轉(zhuǎn)周期(24小時(shí))為該蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)反饋機(jī)制的時(shí)間常數(shù)。
ps:相關(guān)產(chǎn)品:蛋白類(lèi)

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