近日，中國科技大學合肥微尺度物質(zhì)科學國家實驗室袁軍華、張榕京課題組在細菌運動行為研究領域取得新進展，發(fā)現(xiàn)細菌鞭毛轉(zhuǎn)向別構(gòu)調(diào)控中的非平衡因素，研究成果近日發(fā)表在《自然—物理》上。

別構(gòu)調(diào)控是指蛋白質(zhì)復合體上的一個特定位置（稱為位點）與特殊小分子（稱為效應因子）結(jié)合后，通過結(jié)構(gòu)改變影響該復合體其他遠距離位點功能的過程。這是在生命現(xiàn)象中廣泛存在的一個重要調(diào)控機制，普遍存在于酶的活性調(diào)節(jié)、信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)的受體活性調(diào)節(jié)、離子通道調(diào)控、基因表達調(diào)控等重要生理過程中。別構(gòu)調(diào)控這一現(xiàn)象通常是由平衡態(tài)模型描述的。

帶鞭毛的細菌是通過鑲嵌在細胞膜內(nèi)的馬達（幾十納米的轉(zhuǎn)動型分子機器，稱為鞭毛馬達）旋轉(zhuǎn)螺旋型的鞭毛，從而在液體里游動。鞭毛馬達的轉(zhuǎn)動方向（順時針或逆時針）決定了細菌的游動模式。鞭毛馬達轉(zhuǎn)動方向的調(diào)控就是一個典型的別構(gòu)調(diào)控過程。幾十年來，人們一直在為這個調(diào)控過程是否有非平衡因素（外部能量輸入）而爭論不休。

據(jù)袁軍華介紹，他們通過發(fā)展新的實驗手段，系統(tǒng)測量了鞭毛馬達在各種實驗條件下的轉(zhuǎn)向改變動力學行為，發(fā)現(xiàn)了這個調(diào)控過程中的非平衡因素，并進一步提出了非平衡態(tài)模型，提出這個非平衡過程的能量輸入機制，解決了這個長期爭論。

該非平衡機制的發(fā)現(xiàn)也揭示了細菌鞭毛馬達如何感應外力的機制。該研究發(fā)現(xiàn)，雖然馬達的能量輸入僅有約0.2%用于別構(gòu)調(diào)控，卻很大程度上提高了馬達對信號蛋白的靈敏度。這個發(fā)現(xiàn)對其他生物大分子機器的研究也有啟發(fā)，預計在其他生物大分子機器中也會有這種將部分能量輸入用于功能調(diào)控的非平衡現(xiàn)象。（記者楊保國）