格拉茨理工大学的研究人员对细菌中发现的一种蛋白质的功能有了新的认识
光以多种不同的方式影响生物体：例如，植物的生长方向朝向太阳，而人类的昼夜节律则受日光控制。这些过程总是涉及光感受器，它们是可以感知不同颜色和光强度的蛋白质。
酶活性增加 10,000 倍
现在，格拉茨理工大学(TU Graz)的研究人员已经破译了高效感光器的功能。他们的研究结果发表在《科学进展》杂志上 。研究小组研究了许多细菌中发现的二鸟苷酸环化酶蛋白。它的酶功能调节控制细菌生活方式的中心信使物质的产生。在中，这种蛋白质几乎完全不活跃，但一旦暴露在日光的蓝色成分中，它的酶活性就会迅速增加。格拉茨工业大学生物化学研究所光生物化学工作组组长 Andreas Winkler 表示：“这种蛋白质在光照下的酶活性比在中高约 10,000 倍。”在大多数光感受器中，活性增加了一倍5 到 50 之间，导致蛋白质活性发生更渐进的变化。“相比之下，我们表征的蛋白质反应非常强烈，所以它实际上就像一个开关，”温克勒解释道。
蛋白质在蓝光下伸展
研究人员现已解开了蛋白质开关的结构和功能。该蛋白质由两个功能部分组成：一个负责感知蓝光，另一个负责实际的酶活性，充当化学反应的催化剂。如果暴露在蓝光下，蛋白质就会改变其结构。当它不活跃时，整个蛋白质处于紧凑的形式，但当它接触到光时，蛋白质就会伸展，连接之前分离的酶部分。然后，该蛋白质产生特定的信使分子，向细菌发出环境条件正在变化的信号。如果可能的话，细菌会适应这些新条件。“一个例子是聚集体的形成，称为生物膜，它使细菌对环境影响具有更强的抵抗力，
潜在的医学应用
该研究的第一作者、格拉茨工业大学生物化学研究所的博士生 Uršula Vide 评论道：“我真的很兴奋，我们的研究对这种令人着迷的蛋白质的机制产生了宝贵的见解。”“了解这种光背后的机制-激活酶开关为一系列不同学科的可能应用打开了大门。” 其中之一是医学上使用的光遗传学治疗方法。与光调节蛋白开关相关的药物可以在精确的时间并且仅在身体非常有限的区域发挥作用，这将减少潜在的副作用。蛋白质转换还将为细胞生物学研究带来好处，因为这将能够有针对性地触发分子水平上的特定变化，然后可以更有效地进行分析。“但我们距离这种特殊开关的实际应用还有很长的路要走，”温克勒指出。然而，他相信他的团队的研究已经产生了一些重要的基本见解。
三维模型
在他们的实验中，研究人员并没有从原始细菌中分离出这种蛋白质，而是借助基因工程在实验室中生产出来。他们使用 X 射线衍射来分析分子结构，这构成了三维模型的基础。与补充实验相结合，该模型使研究人员能够推断出蓝光照射下蛋白质结构的变化，从而转化为有关生物开关分子功能的具体结论。
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