研究人员开发了快速测量蛋白质独特振动的方法

在每个生物体的细胞中 - 人类，鸟类，蜜蜂，玫瑰甚至细菌 - 蛋白质以微观运动振动，帮助它们执行从细胞修复到光合作用的重要任务。

这些栩栩如生的震颤是3月4日Nature Communications上发表的一项研究的主题。由布法罗大学物理学家Andrea Markelz领导的一个小组报告称，它开发了一种快速测量蛋白质独特振动的方法。

这一进展可以为生物学研究开辟新的可能性，例如更有效地研究蛋白质的微观运动，或利用振动模式作为“指纹”来快速确定实验室样品中是否存在特定蛋白质。

科学家们还可以利用这项新技术迅速评估旨在抑制蛋白质振动的药物是否有效。这将需要比较施用抑制剂之前和之后蛋白质的振动特征。

“蛋白质是大自然发展起来的优雅和强大的纳米机器，”UB艺术与科学学院物理学教授Markelz博士说。“我们知道大自然使用分子运动来优化这些机器。通过学习这种优化的基本原理，我们可以为医学，能量收集甚至电子学开发新的生物技术。”

Katherine A. Niessen，博士，UB研究员，现在是康宁的开发科学家，是该论文的第一作者，其中包括UB物理系的科学家，雅各布医学院UB结构生物学系的贡献。 UB的生物医学科学，Hauptman-Woodward医学研究所，国家心脏，肺和血液研究所以及威斯康星大学密尔沃基分校。这项工作由美国国家科学基金会和美国能源部资助。

更快地测量蛋白质振动

Markelz是蛋白质振动研究的领先专家。这些运动使蛋白质能够快速改变形状，因此它们可以很容易地与其他蛋白质结合 - 这一过程对正常的生物功能至关重要。

几年前，Markelz的实验室开发了一种称为各向异性太赫兹显微镜(ATM)的技术，用于详细观察蛋白质振动，包括运动的能量和方向。

在ATM中，研究人员在分子上照射太赫兹光。然后，他们测量分子吸收的光的频率。这提供了对分子运动的深入了解，因为分子以与它们吸收的光相同的频率振动。

Nature Communications的一项新研究报告称，Markelz团队通过克服方法的局限性改进了ATM：需要在显微镜中多次旋转和重新定位蛋白质样品以收集足够的有用数据。

现在，“我们不是旋转蛋白质样品，而是旋转我们照射在样品上的光的偏振，”Markelz说。通过这种调整，只需4小时即可完成有用的测量 - 比以前快6倍。新技术还可以生成更详细的数据。

敏感的“指纹识别”技术

Markelz及其同事使用这种新方法测量了四种不同蛋白质的振动，为每种蛋白质产生了可识别的振动“指纹”，这些指纹由分子独特的光吸收模式组成。

研究的蛋白质是鸡蛋白溶菌酶(该领域研究得很好的蛋白质)，光活性黄色蛋白质(被认为有助于保护某些光合细菌免受紫外线照射)，二氢叶酸还原酶(抗生素和癌症的药物靶标)和RNA G-四链体(被认为参与重要的细胞功能，如基因表达)。

这种新方法为鸡蛋白色溶菌酶产生了明显的光吸收光谱，鸡蛋白色溶菌酶与鸡蛋白色溶菌酶结合，鸡蛋白色溶菌酶被抑制溶菌酶功能的化合物结合 - 并改变它们的振动。这证明了该技术在快速鉴定工作抑制剂的存在方面的效用。