來自范德堡大學(xué)的一支跨學(xué)科的研究小組，在分析了至今為止最簡單的生物鐘之后，解析了這個(gè)生物鐘“滴答”的秘密，他們的研究成果刊登在3月27日的《Public Library of Science Biology》雜志上。

    生物鐘是微觀水平上的起搏點(diǎn)，存在于所有生物中，從綠藻到人類，將錯(cuò)綜復(fù)雜的生化過程有序地排列起來。一個(gè)旅行者，如果他/她內(nèi)在的生物鐘與環(huán)境的時(shí)間不同步，那么他/她就會(huì)切身體會(huì)到時(shí)差帶來的痛苦。事實(shí)上，當(dāng)一個(gè)人的生物鐘出現(xiàn)障礙時(shí)（例如適應(yīng)變化的工作周期），會(huì)面臨許多類型的生理紊亂，例如季節(jié)性情感障礙、一些抑郁癥、睡眠障礙，等等。現(xiàn)代研究表明這些分子時(shí)鐘還與癌癥的發(fā)生有著重要關(guān)聯(lián)。

    在2005年，來自日本的研究者揭開了一項(xiàng)驚人的發(fā)現(xiàn)：藍(lán)綠藻中的三種蛋白組成了生物鐘，當(dāng)藍(lán)綠藻處在含有三磷酸腺苷（生物反應(yīng)所需的能量）的試管中時(shí)，它們能獨(dú)立地建起24小時(shí)的周期。

    “那確實(shí)是一個(gè)非常大的驚喜，”生物科學(xué)教授Carl Johnson介紹說，他是此項(xiàng)新研究的組織者，“我們之前都認(rèn)為這個(gè)系統(tǒng)肯定是更為復(fù)雜的，需要遺傳機(jī)器的反饋才能正常工作。”

     盡管這個(gè)生物鐘只有三個(gè)最基本的組分，即KaiA, KaiB和KaiC，但是當(dāng)他們開始分析試管中究竟發(fā)生了什么的時(shí)候，卻發(fā)現(xiàn)當(dāng)中的機(jī)制超出他們的預(yù)想。

    “最引人入勝的地方在于這么簡單的生物機(jī)器卻能完成如此重要的功能，它能一直保持著時(shí)間節(jié)奏，”研究者Williams激動(dòng)地說道，“它是我至今為止所遇見的最感興趣的生物學(xué)問題。”

    三個(gè)蛋白中最大的是KaiC，由6個(gè)相同的組件結(jié)合而成，外形上看像一只桶。伴隨著晝夜的循環(huán)，KaiC分子周圍磷酸基團(tuán)的數(shù)量會(huì)有規(guī)律地增多和減少。磷酸基團(tuán)的結(jié)合與脫離，準(zhǔn)確地說，是磷酸化和去磷酸化，這是一種常見的調(diào)控蛋白質(zhì)功能的方法。KaiC在磷酸化和去磷酸化的狀態(tài)下，會(huì)選擇細(xì)胞中不同的蛋白質(zhì)相互作用。這樣，就讓這個(gè)生物鐘間斷地開啟和關(guān)閉許多細(xì)胞學(xué)過程。

    于之前的研究，Johnson和同事對于其他兩個(gè)稍小的蛋白有一些了解。他們知道當(dāng)KaiA結(jié)合到KaiC上時(shí)，磷酸化速率加快，這可能是因?yàn)樗龠M(jìn)了磷酸基團(tuán)結(jié)合到六聚體KaiC上，也可能是減慢了磷酸基團(tuán)從KaiC解離下來的速度。與KaiA的作用不同，KaiB一般情況下不結(jié)合KaiC，但在KaiC高度磷酸化時(shí)會(huì)結(jié)合上去，并結(jié)抗KaiA的作用。