蛋白质在显微镜下显示有关生命的复杂细节

人们一直对生活着迷。我们梦想揭露它的所有神秘面纱，甚至寻找其他行星试图在那里找到某种形式的生命。在科学甚至存在之前，世界各地的哲学都试图定义和理解生命。但实际上可以在我们的鼻子下找到一些答案 - 或者更确切地说，就在显微镜下。

那是因为整个世界都存在于生物分子水平。没有它，我们所知道和理解的生活将不存在。

蛋白质是这个生物分子世界的关键参与者。他们通过相互结合或与其他分子结合来实现其基因预编程目标。例如，称为血红蛋白的蛋白质复合物将氧气输送到我们身体的每个细胞以进行呼吸。几乎每一个行动都涉及蛋白质复合物之间的相互作

我们的工作目标是在生物分子水平上揭示生命的一个非常基本的细节。我们第一次能够详细描述两种蛋白质如何在自然界中相互作用，以及它们如何在自己的分子世界中表现。

在分子水平上实际观察生命并在工作中看到单个蛋白质并非易事。我们设法使用一种称为单分子光谱的技术，这使得科学家们可以研究单个分子的特性。

单一蛋白质在工作

在光谱仪下，我们探索了一种独特的生化系统，可以保护光合生物分子机器 - 以及整个生物体 - 免受太阳的致命水平，例如在中午无云的日子。

光合作用是一个复杂的，有潜在危险的过程：光合生物在暴露于太多光线时会死亡。鉴于此类生物需要光才能存活，这听起来可能很奇怪。但这是一个很好的例子，说明好事太多可以变坏。这就是光合生物具有光保护机制的原因，它可以保护它们免受太多光照。

这些机制使用各种蛋白质来调节流过光合装置的能量。

在这些系统中，它是一些蛋白质之间的相互作用，决定一个生物体是否能在完整的太阳下生存。虽然这些系统做同样的工作 - 以安全的方式从光合作用设备中去除过多的能量 - 但它们在不同的生物体中的工作方式不同。

我们的最新工作使我们能够看到这些光保护机制之一是如何运作的。我们研究了一个令人难以置信的细节，一次一个，蛋白质“触角”，负责光的收获。这样做导致了一个重要的发现。

我们已经知道，蓝细菌的主要光保护机制涉及一种叫做橙色类胡萝卜素蛋白的蛋白质与光合作用的光捕获“天线”的结合。这项工作还揭示了绑定是一个复杂的过程，涉及一个中间步骤。

一个简单的模型

一个简单的实验有助于解释这个过程和关键的中间步骤。

想象一下，用几块玩具砖建造一个楼梯，在最低楼梯下方放置一个小容器。在雨中把整个系统拿出来 - 观察楼梯上的水是如何收集的，然后下降直到它最终落入容器中。

在我们的实验中，雨代表阳光，楼梯在概念上就像光合天线一样。以与太阳能在光合作用天线中相同的方式将水收集在楼梯上。能量保留在天线中直到到达所谓的反应中心，在那里光能被转换成更稳定的能量形式。

因为楼梯是用砖砌成的，所以它不防水。它泄漏：水滴在地板上不同的地方，而不是到达容器。以同样的方式，光合作用天线泄漏了一小部分能量。

通过使用光谱学观察这些“泄漏”，我们了解了光合作用过程的复杂细节。

在暴雨中，太多的水会从楼梯上下来并溢出集装箱。相同的情况 - 强烈的阳光 - 对光合生物来说可能是致命的; 他们必须努力避免这种情况。这就是光保护机制的用武之地。

我们研究的机制就好像是从楼梯上取水并在到达集装箱之前安全地将其移走。在蓝细菌的光合机构中，橙色类胡萝卜素蛋白质充当“收集器”。我们的工作展示了如何将这种蛋白质插入光合机构中，以消除有害的，过量吸收的光能。

为了实现这种插入，蓝细菌天线系统的一部分实际上会在短时间内分离。这使得橙色类胡萝卜素蛋白能够“对接”：它与天线紧密结合，因此它可以开始有效地去除危险的多余能量。该步骤完全未知，只能使用单分子光谱法进行访问。

新知识

这些新知识有助于我们理解和理解即使在基本的生物分子水平上复杂的生活。像单分子光谱学这样的先进实验方法使这个神秘的生物分子世界更接近我们，并显示它对地球上生物的功能有多重要。

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