查理特大學(xué)的研究人員已經(jīng)能夠證明特定的蛋白質(zhì)如何在分子水平上將光信號轉(zhuǎn)化為細(xì)胞信息。他們的發(fā)現(xiàn)拓寬了我們對植物和細(xì)菌如何適應(yīng)光條件變化的理解，光條件調(diào)節(jié)光合作用等基本過程。他們的研究發(fā)表在最新一期的《自然通訊》上。
植物色素是一種蛋白質(zhì)，負(fù)責(zé)將光轉(zhuǎn)化為細(xì)胞信息。這些光感受器存在于植物、真菌和細(xì)菌中。它們利用光來調(diào)節(jié)基本的生理過程。植物色素含有被稱為發(fā)色團的光敏四吡咯分子，當(dāng)暴露在非常特定波長的光線下時，這些分子會改變其形態(tài)。蛋白質(zhì)檢測到這些變化，并進(jìn)行進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)重排。響應(yīng)光而觸發(fā)的激活和失活途徑導(dǎo)致光敏色素經(jīng)歷復(fù)雜的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過程。
查理特醫(yī)學(xué)物理和生物物理研究所的研究人員可以揭示正在發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化。研究人員使用x光結(jié)晶學(xué)來確定適應(yīng)黑暗的光敏色素的光感受器的3D結(jié)構(gòu)，并繼續(xù)將這種結(jié)構(gòu)與其光適應(yīng)狀態(tài)進(jìn)行比較。為此，研究人員首先創(chuàng)造了一種晶體形式的蛋白質(zhì)，然后用x光照射它。通過蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析，研究人員可以計算出原子在分子中的位置。他們的工作結(jié)果顯示了單個氨基酸在這些蛋白質(zhì)的光誘導(dǎo)激活和失活中的貢獻(xiàn)?！拔覀兊难芯刻峁┝嘶镜慕Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，這將加強我們對環(huán)境信號如何傳遞給生物體的理解。這些都是重要的見解，尤其是如果我們希望在未來的臨床應(yīng)用中使用光感受器，”這項研究的首席研究員帕特里克舍勒博士解釋說。
一個潛在的應(yīng)用將是腫瘤學(xué)領(lǐng)域，其中光感受器可用于可視化癌癥組織。具體應(yīng)用將基于它們在可見光譜的紅色和近紅外區(qū)域吸收和發(fā)射光的能力。鑒于近紅外光在人體組織中的穿透深度更大，植物色素可以用于以無創(chuàng)和副作用的方式可視化更深的組織細(xì)胞。光感受器也可以被證明適合作為光控制工具，可用于在分子水平上治療遺傳疾病。為了進(jìn)一步探索這些潛在的應(yīng)用，Scheerer博士和他的團隊希望利用未來的研究來更好地理解光敏色素的熒光(這些光感受器的另一個特征)。
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