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用于光遗传学生物分子中光驱动结构变化的分析

发布:optics1阅读:1312时间:2018-10-16 16:36:19

来自波鸿鲁尔大学(RUB)和马尔堡菲利普大学的研究人员利用各种光谱学方法,在对生物分子光敏色素的光敏部分如何从亮适应状态转变为暗适应状态的研究有了新收获,他们发现蓝藻和植物的光敏色素可以将红光和远红光刺激转化为机械输出,他们的发现可以对一种潜在光遗传学工具的开发起到帮助。

图1 植物中的光敏色素对红光和红外光起了反应。在此致谢提供图片的波鸿鲁尔大学研究学者Kramer

研究人员使用一种特殊形式的质谱和电子自旋共振光谱法分析了蓝藻中的一种光敏色素分子,通过这些方法,他们能够在不必使其结晶的情况下,在溶液中研究分子并跟踪其结构变化。他们观察到光敏色素光敏区段中的几个特征性结构变化,并创建了一个显示光触发转换步骤的模型。此外,研究小组还发现,对于不同的植物色素,存在一种从暗适应状态向亮适应状态转变的通用机制。目前,只有少数光敏生物分子的结构是已知的,对它们结构的理解也仅延伸到它们在亮和暗中的最终状态,而不是中间状态。

图2 来自波鸿鲁尔的研究团队:Enrica Bordignon和Tufa Assafa,在此致谢提供图片的波鸿鲁尔大学研究学者Kramer

研究光敏生物分子动态结构变化的研究员Tufa Assafa表示:“然而,迄今为止用原子分辨率来解释这些过程一直是一个挑战。” 在光照下,对生物分子中光感受器如何改变其空间结构的一个更好理解可以促进本项研究在生物光子学和其他领域的应用。

波鸿鲁尔EPR光谱工作组负责人Enrica Bordignon表示:“类似植物中光敏色素的光敏生物分子,在各种领域都具有应用意义,例如在农业中,光敏色素的改变可以优化植物的生长习性;或者是在促进光遗传学工具的研发上,光敏色素将会使得在光下控制生物活体的转基因细胞活性成为可能。”

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