科学家探索生物钟运转的秘密

    来自范德堡大学的一支跨学科的研究小组，在分析了至今为止最简单的生物钟之后，解析了这个生物钟“滴答”的秘密，他们的研究成果刊登在3月27日的《Public Library of Science Biology》杂志上。

    生物钟是微观水平上的起搏点，存在于所有生物中，从绿藻到人类，将错综复杂的生化过程有序地排列起来。一个旅行者，如果他/她内在的生物钟与环境的时间不同步，那么他/她就会切身体会到时差带来的痛苦。事实上，当一个人的生物钟出现障碍时（例如适应变化的工作周期），会面临许多类型的生理紊乱，例如季节性情感障碍、一些抑郁症、睡眠障碍，等等。现代研究表明这些分子时钟还与癌症的发生有着重要关联。

    在2005年，来自日本的研究者揭开了一项惊人的发现：蓝绿藻中的三种蛋白组成了生物钟，当蓝绿藻处在含有三磷酸腺苷（生物反应所需的能量）的试管中时，它们能独立地建起24小时的周期。

    “那确实是一个非常大的惊喜，”生物科学教授Carl Johnson介绍说，他是此项新研究的组织者，“我们之前都认为这个系统肯定是更为复杂的，需要遗传机器的反馈才能正常工作。”

     尽管这个生物钟只有三个最基本的组分，即KaiA, KaiB和KaiC，但是当他们开始分析试管中究竟发生了什么的时候，却发现当中的机制超出他们的预想。

    “最引人入胜的地方在于这么简单的生物机器却能完成如此重要的功能，它能一直保持着时间节奏，”研究者Williams激动地说道，“它是我至今为止所遇见的最感兴趣的生物学问题。”

    三个蛋白中最大的是KaiC，由6个相同的组件结合而成，外形上看像一只桶。伴随着昼夜的循环，KaiC分子周围磷酸基团的数量会有规律地增多和减少。磷酸基团的结合与脱离，准确地说，是磷酸化和去磷酸化，这是一种常见的调控蛋白质功能的方法。KaiC在磷酸化和去磷酸化的状态下，会选择细胞中不同的蛋白质相互作用。这样，就让这个生物钟间断地开启和关闭许多细胞学过程。

    于之前的研究，Johnson和同事对于其他两个稍小的蛋白有一些了解。他们知道当KaiA结合到KaiC上时，磷酸化速率加快，这可能是因为它促进了磷酸基团结合到六聚体KaiC上，也可能是减慢了磷酸基团从KaiC解离下来的速度。与KaiA的作用不同，KaiB一般情况下不结合KaiC，但在KaiC高度磷酸化时会结合上去，并结抗KaiA的作用。