深圳子科生物報(bào)道：膜蛋白分子機(jī)器是一類重要的分子機(jī)器，以往一般采用熒光技術(shù)對(duì)其活體動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究。由于熒光漂白效應(yīng)，對(duì)單機(jī)器的動(dòng)力學(xué)很難做長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)，有可能會(huì)忽略其動(dòng)力學(xué)過程的某些重要信息，這些技術(shù)難點(diǎn)讓相關(guān)研究面臨很大的挑戰(zhàn)。

來(lái)自中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)袁軍華、張榕京課題組在生物分子機(jī)器領(lǐng)域取得新進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)一類膜蛋白分子機(jī)器（鞭毛馬達(dá)）動(dòng)力學(xué)過程中的一個(gè)全新狀態(tài)：暗態(tài)。

這一研究成果公布在Science Advances雜志上。

細(xì)菌鞭毛馬達(dá)是一種典型的膜蛋白分子機(jī)器，袁軍華、張榕京團(tuán)隊(duì)以其為例，發(fā)展了對(duì)單馬達(dá)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間精確觀測(cè)且對(duì)大量單馬達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)物理分析的方法，從而發(fā)現(xiàn)了其動(dòng)力學(xué)過程的暗態(tài)(hidden state)。

細(xì)菌鞭毛馬達(dá)由多個(gè)定子產(chǎn)生力矩，近年來(lái)人們發(fā)現(xiàn)每個(gè)定子都隨機(jī)地與馬達(dá)結(jié)合與脫離，且其脫離概率取決于馬達(dá)負(fù)載，所以定子與馬達(dá)的結(jié)合是個(gè)典型的逆鎖結(jié)合(Catch bond)。依靠這個(gè)機(jī)制，馬達(dá)能適應(yīng)不同的負(fù)載來(lái)調(diào)節(jié)其定子數(shù)。

一直以來(lái)，大家認(rèn)為定子與馬達(dá)結(jié)合/脫離這個(gè)隨機(jī)過程可由一個(gè)簡(jiǎn)單的雙態(tài)模型來(lái)描述，每個(gè)定子可處于兩種可能的狀態(tài)：結(jié)合態(tài)與脫離態(tài)。該團(tuán)隊(duì)通過對(duì)大量單馬達(dá)穩(wěn)態(tài)下定子數(shù)目的長(zhǎng)時(shí)間精確觀測(cè)，統(tǒng)計(jì)出特定定子數(shù)的駐留時(shí)間分布，從而發(fā)現(xiàn)其分布形狀是典型的雙指數(shù)形式，而非雙態(tài)模型預(yù)言的單指數(shù)形式。

通過這些實(shí)驗(yàn)測(cè)量，結(jié)合對(duì)這個(gè)隨機(jī)過程的理論分析，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了定子結(jié)合/脫離馬達(dá)這個(gè)隨機(jī)過程中的一個(gè)全新狀態(tài)（稱之為暗態(tài)），提出了三態(tài)模型來(lái)描述這個(gè)隨機(jī)過程，并進(jìn)一步運(yùn)用分子生物學(xué)結(jié)合統(tǒng)計(jì)物理分析，確定了暗態(tài)的存在及其特征。暗態(tài)的發(fā)現(xiàn)將進(jìn)一步加深對(duì)馬達(dá)動(dòng)力學(xué)的理解。

暗態(tài)與結(jié)合態(tài)、脫離態(tài)相比，壽命短了2個(gè)數(shù)量級(jí)。這種巨大的時(shí)間尺度上的差異，使得以往傳統(tǒng)的熒光或生物化學(xué)技術(shù)都很難發(fā)現(xiàn)該態(tài)。該團(tuán)隊(duì)此次提出的對(duì)生物動(dòng)力學(xué)過程進(jìn)行單分子/單馬達(dá)/單過程的長(zhǎng)時(shí)間精確觀測(cè)，并結(jié)合駐留時(shí)間分布的統(tǒng)計(jì)物理分析，對(duì)其它生物馬達(dá)、生物動(dòng)力學(xué)過程的研究也有普遍意義。

原文標(biāo)題：

A hidden state in the turnover of a functioning membrane protein complex