科學家探索生物鐘運轉的秘密

    來自范德堡大學的一支跨學科的研究小組，在分析了至今為止最簡單的生物鐘之后，解析了這個生物鐘“滴答”的秘密，他們的研究成果刊登在3月27日的《Public Library of Science Biology》雜志上。

    生物鐘是微觀水平上的起搏點，存在于所有生物中，從綠藻到人類，將錯綜復雜的生化過程有序地排列起來。一個旅行者，如果他/她內在的生物鐘與環境的時間不同步，那么他/她就會切身體會到時差帶來的痛苦。事實上，當一個人的生物鐘出現障礙時（例如適應變化的工作周期），會面臨許多類型的生理紊亂，例如季節性情感障礙、一些抑郁癥、睡眠障礙，等等?，F代研究表明這些分子時鐘還與癌癥的發生有著重要關聯。

    在2005年，來自日本的研究者揭開了一項驚人的發現：藍綠藻中的三種蛋白組成了生物鐘，當藍綠藻處在含有三磷酸腺苷（生物反應所需的能量）的試管中時，它們能獨立地建起24小時的周期。

    “那確實是一個非常大的驚喜，”生物科學教授Carl Johnson介紹說，他是此項新研究的組織者，“我們之前都認為這個系統肯定是更為復雜的，需要遺傳機器的反饋才能正常工作?！?

     盡管這個生物鐘只有三個最基本的組分，即KaiA, KaiB和KaiC，但是當他們開始分析試管中究竟發生了什么的時候，卻發現當中的機制超出他們的預想。

    “最引人入勝的地方在于這么簡單的生物機器卻能完成如此重要的功能，它能一直保持著時間節奏，”研究者Williams激動地說道，“它是我至今為止所遇見的最感興趣的生物學問題?！?

    三個蛋白中最大的是KaiC，由6個相同的組件結合而成，外形上看像一只桶。伴隨著晝夜的循環，KaiC分子周圍磷酸基團的數量會有規律地增多和減少。磷酸基團的結合與脫離，準確地說，是磷酸化和去磷酸化，這是一種常見的調控蛋白質功能的方法。KaiC在磷酸化和去磷酸化的狀態下，會選擇細胞中不同的蛋白質相互作用。這樣，就讓這個生物鐘間斷地開啟和關閉許多細胞學過程。

    于之前的研究，Johnson和同事對于其他兩個稍小的蛋白有一些了解。他們知道當KaiA結合到KaiC上時，磷酸化速率加快，這可能是因為它促進了磷酸基團結合到六聚體KaiC上，也可能是減慢了磷酸基團從KaiC解離下來的速度。與KaiA的作用不同，KaiB一般情況下不結合KaiC，但在KaiC高度磷酸化時會結合上去，并結抗KaiA的作用。