动力蛋白之生物学论文

摘要:本文根据作者几年来《细胞生物学》课程的教学经验,再结合学生的实际情况,对理论教学提出了一些教学方法,以激发学生的学习兴趣,增强学生的创新意识和自学能力,提高细胞生物学的教学效果。今天小编为大家推荐《动力蛋白之生物学论文(精选3篇)》的相关内容，希望能给你带来帮助!

动力蛋白之生物学论文 篇1：

Intersectin的基因功能及相关信号通路

[摘要]交叉蛋白（Intersectin，ITSN）作为一类在进化上高度保守且广泛表达的支架/接头蛋白，具有多种生物学功能。近年来的研究发现，ITSN除了在细胞胞吞/胞吐过程及神经递质的传递过程具有重要作用之外，还具有介导信号通路转导的功能，如Ras、肿瘤生长因子β（TGFβ）、表皮生长因子（EGF）等。本文对ITSN的基因功能及相关信号通路的研究进展进行综述。

[关键词]细胞支架蛋白质类；衔接蛋白质类，信号转导；基因调控网络；综述

交叉蛋白（Intersectin，ITSN）作为一种支架/接头蛋白，最初是在爪蟾的卵母细胞中被发现的。它不仅具有多个重要功能域，同时还具有多种生物学功能。最初的研究者对ITSN的研究主要集中在细胞胞吞/胞吐、神经递质传递以及神经退行性疾病等方面的功能作用。现在，研究者对ITSN的研究越来越多转向于介导细胞增殖分化的信号转导通路中。迄今为止，已发现ITSN参与调控的信号转导通路主要有Ras、肿瘤生长因子β（TGFβ）及表皮生长因子（EGF）等信号通路。目前研究者对ITSN在信号通路调控网络中的作用机制进行了初步的探索。本文对近年来ITSN的基因功能及相关信号通路的研究进展综述如下。

1 ITSN的基因结构与功能

在人和小鼠中，已发现ITSN具有两个同源蛋白ITSN1和ITSN2；而在模式生物斑马鱼中，则发现了ITSN具有3个同源蛋白ITSN1、ITSN2A及ITSN2B。在通常情况下，ITSN经选择性剪接可生成两种亚型，一种是较长的剪接本ITSN-L，另一种则是短的剪接本ITSN-S。由于基因亚型的存在，ITSN1和ITSN2两个同源蛋白总共有4个异构体，分别是ITSN1-L、ITSN1βS、ITSN2-L和ITSN2-S。值得注意的是，这两种亚型之间的区别在于所包含的结构域不同，其中ITSN-L除包含ITSN-S中EH、SH3和CC的3种结构域外，还包含DH、PH和C2等结构域。

ITSN在各种组织器官中广泛表达，尤其在神经中枢中表达水平最高；主要是由于ITSN具有胞吞和胞吐作用，从而参与了神经元细胞的神经递质的释放过程。在大脑中，ITSN主要是与蛋白SNAP-25以及动力蛋白（Dynamin）相互作用，进而参与到突触囊泡的融合过程。突触囊泡在神经末梢处进行着快速而精确的胞吐/胞吞循环过程，ITSN在突触囊泡中能够与网格蛋白/接头蛋白AP2相互结合形成复合物，促进突触囊泡的胞吐/胞吞循环。另外，ITSN的SH3結构域能够通过激活动力蛋白来抑制细胞质膜微囊的内吞过程。

2 ITSN与Ras信号通路

2.1 Ras信号通路

Ras超家族蛋白是一类小单体GTP结合蛋白，相对分子质量在2.1万左右，亦被称作Ras超家族GTP酶，是Ras信号通路的主要载体。Ras蛋白广泛存在于真核生物各类细胞中，在调控细胞增殖与分化、膜泡运输、核质信息交换、细胞周期和胞外信息跨膜传递等信号通路中起到分子开关的作用。Ras蛋白一般位于细胞膜内侧，对GTP和GDP具有高度亲和力，在特定生理环境下能够在活化形式GTP结合型的蛋白与非活化形式GDP结合型的蛋白之间相互转换。当鸟苷酸交换因子（GEFs）绑定在Ras-GDP上时会导致GDP的释放，并形成无核苷酸的Ras（nfRas）。由于胞质中的GTP含量高于GDP的量，因此nfRas蛋白更容易与GTP结合，形成活化形式的Ras-GTP。当GTP酶活化型蛋白（GAPs）持续累积时，GTP会被具有GTP酶活性的Ras水解，进而又到达非活化形式的Ras-GDP状态。

2.2 ITSN在Ras信号通路中的作用

ITSN-L中因具有DH-PH结构域，而使其成为Cdc42的特异性的鸟苷酸交换因子。不过有研究发现，ITSN还可调控其他的Ras-GTP酶，并且不依赖于DH-PH结构域。当ITSN1过表达时，会诱导胞内囊泡上的Ras蛋白活化，进而激活信号转导。其具体机制可能是由于ITSN上的SH3结构域与富含脯氨酸的Son of sevenless homolog 1（Sos1）结合并相互作用的结果，而Sosl是Ras的鸟苷酸交换因子，能够调控Ras的活化。

另外，有研究结果表明，ITSN1与活化形式的Ⅱ型phosphatidylinositol 3-kinase（P13K）-P13KC28发生相互作用。P13KC28中含有一个Ras结合结构域Ras-bindingdomain（RBD），该结构域可使P13KC28、Ras和ITSN1等3种蛋白在囊泡中相互结合。当H-Ras处于无活性状态时，可以与P13KC28形成复合物；相反，I型的P13Ks所结合的是活化的Ras-GTP。H-Ras与P13KC28所形成的复合物能够抑制P13KC2β的磷脂激酶活性，同时P13KC2β也能抑制H-Ras组装核苷酸。此外，在神经母细胞瘤中ITSN1可以直接调控P13KC28的表达而影响肿瘤的发生发展_。

ITSN调控Ras信号通路中的Ras-GTP酶的方式多种多样，可主要归纳为以下几种：①ITSN-L中的DH-C2结构域可以直接激活Cdc42（Ras相关的GTP结合蛋白）[；②ITSN中的SH3可以与Sos1蛋白相互作用，通过Sosl发挥作用从而调控Ras蛋白；③ITSN还可能直接通过抑制CdGAP（Rac和Cdc42的GAP）激活Rac和Cdc42；④ITSN还可以通过epsins抑制Cdc42 GAPs（在哺乳动物的细胞中epsin-Cdc42信号通路还未被证实）；⑤ITSN1可以通过与P13KC2p结合，使nfHRas-P13KC2β复合体解聚，进而影响Ras蛋白上GDP与GTP的相互转换。

3ITSN与TGFβ信号通路

3.1TGFβ信号通路

TGFβ信号通路作为最重要的信号通路之一，除了在调控细胞增殖与分化方面发挥重要作用外，在胚胎早期发育、机体代谢平衡、免疫炎性反应以及骨的形成和重建等方面也扮演着重要角色。TGFβ信号通路的主要生物学功能是将发生在膜上的磷酸化经过一系列信号传递至转录因子，并引起转录因子人核从而调控基因的转录作用。例如，经典的TGF8β/Smad通路发生的基本顺序是：当存在胞外配体TGFβ时，会激活跨膜的TGFβ受体，并使之形成二聚体，随后在胞内磷酸化下游的Smad蛋白，使之活化。活化的Smad蛋白与Co-Smad形成复合物，人核后进而调控下游靶基因的转录。在体内，对TGFβ信号通路的调控可在4个不同层次上进行，包括胞外配体、跨膜受体、胞内Smad蛋白以及核内基因转录。

3.2ITSN在TGF8信号通路中的作用

近年来研究发现，ITSN也参与对TGFβ信号通路的调控。在机体内，TGFβ信号通路的激活受到非常精确的调控，研究其分子机制具有非常重要的基础和应用意义。最近研究发现，敲降ITSN-1s的小鼠所产生的微粒能派生出TGFβ-RI/表皮生长因子受体1（TGFBR1）（即Alk5），后者能够促使功能紊乱的内皮细胞通过ERK1/2激酶激活细胞生存的信号从而得以再生。TGFβ能够通过磷酸化衔接蛋白ShcA诱导Ras-Erkl/2信号，使得ShcA蛋白能够与mSos蛋白相互作用。在敲降ITSN-1s时，有更多的mSos会趋向于结合Grb2，从而形成Alk2-mSos-Grb2复合体，最终使得Alk5-Smad2-SARA复合体而无法形成；同时，ITSN的缺失也会降低TGFβ下游Smad2/3蛋白的磷酸化水平。因此，敲除ITSN1会抑制Alk5-Smad2/3信号通路，并可以使得TGFβ-Alk5信号从经典的Smad2/3转向非经典的ERKl/2 MAPK信号通路[。

4ITSN参与EGFR信号通路

4.1EGFR信号通路

EGFR是一类跨膜糖蛋白，属于蛋白激酶超家族成员。EGFR信号转导机制的大致过程是：EGFR蛋白作为膜上受体，在受到EGF等配体的激活后，形成二聚体引发胞内域自磷酸化并产生酪氨酸激酶活性，随之招募并激活下游的信号转导通路，从而完成一个完整的由胞外至胞内或核内的信号转导过程。EGFR信号转导参与调控细胞增殖、分化、凋亡、迁移以及细胞周期，EGFR通路的异常激活常常会引发肿瘤。而EGFR通路中受体信号的终止主要是通过加速的内吞作用以及受体一配体复合物的降解来完成的。膜上的EGFR复合物内在化形成早期胞内体后，其命运主要有两个：返回至膜上和被溶酶体降解。正常情况下，EGFR（Tyr1045）磷酸化后会结合具有E3泛素连接酶功能的c_Cb1，启动受体的泛素化，从而将受体靶向至溶酶体降解。

4.2ITSN在EGFR信号通路的作用

已有研究显示，ITSN可通过3种途径参与EGFR内吞过程。首先，ITSN通过招募内吞辅助因子形成内吞复合物，进而介导EGFR的转运。其次，ITSN可通过c-Cbl调控EGFR的泛素化。ITSN与c-Cbl的结合，会使c-Cb1能够更有效地泛素化RTK，使其被转运至溶酶体被水解酶降解。ITSN還可通过Cb1的功能调控因子CIN85蛋白调控c_Cbl，从而进一步调控EGFR的泛素化。此外，最近研究表明，ITSN可通过调控DENND2B（GTP酶Rabl3的鸟苷酸交换因子）而调控EGFR受体的循环。

受体酪氨酸激酶的泛素化过程，在调控信号分子转运及溶酶体降解中起至关重要的作用。而ITSN1作为泛素化过程的重要调节因子，尤其是刺激c-Cbl将EGFR进行泛素化的精确分子机制至今还没有阐明。最近有研究结果发现，ITSNl是通过干扰Cbl与抑制因子Sprouty2（Spry2）的相互作用而增强Cbl的活性。其主要机制是ITSN1能够绑定Cbl和Spry2两个蛋白富含脯氨酸的区域，ITSN1与Spry2结合可以竞争性抑制Cbl-Spry2的结合，从而促进EGFR的泛素化。

5结语与展望

ITSN作为支架/衔接蛋白在调控细胞的胞吞/胞吐过程中发挥着不可或缺的作用。此外，ITSN还可以调控细胞的多种信号通路，例如ITSN通过调控Ras-GTP酶的活性进而调节其下游的信号因子。ITSN对TGF8信号通路的调控，主要体现在ITSN能把信号从经典的TGFβ/Smad通路中传递到ERK1/2通路中去。而在EGF信号通路中，ITSN的作用是其能够与Cbl相互作用进而促进EGFR的降解，最终导致信号传递的终止。ITSN参与的信号通路调控机制十分复杂，目前的研究还处于初步阶段，很多具体的调控机制还需更深入研究。

近些年来，研究发现ITSN与多种人类疾病的发生有着密切的关系，例如人类神经退行性疾病（如唐氏综合征、阿尔兹海默病）、癌症的发生以及肺损伤等。所以，阐明ITSN更多的基因功能，研究并明确其在细胞各种不同生理条件下的具体作用机制有着重要的实际意义。

作者：王正花 陈建阳 郑栋栋 刘云章

动力蛋白之生物学论文 篇2：

细胞生物学教学的思考与探索

摘 要:本文根据作者几年来《细胞生物学》课程的教学经验,再结合学生的实际情况,对理论教学提出了一些教学方法,以激发学生的学习兴趣,增强学生的创新意识和自学能力,提高细胞生物学的教学效果。

关键词:细胞生物学 教学方法 教学质量

著名的细胞学家E.B.Wilson(1925)说过:“每一个生命科学问题的关键都必须在细胞中寻找”。细胞生物学是生命科学的重要支柱,是生命科学的四大前沿学科之一。细胞生物学是生命科学的一门基础科学,也是一门核心学科,在生命科学领域有着不可替代的地位。在信息科技革命方兴未艾的浪潮中,生命科学和生物技术的发展展现出不可限量的前景。作为教师,如何在有限的学时内将知识全面系统地传授给学生,不断提高细胞生物学教学质量。本文结合笔者的教学实践,对这一问题做一初步探讨。

1 课前备课充分,提高课堂教学效果

备课是教师在教学活动中的一个极其重要的组成部分,它不仅是艰苦的劳动过程,而且是一种带创造性的教学艺术,需要我们全身心的投入。教师必须根据教学目的和教学大纲的要求,深入钻研教材,抓住基本概念、基本理论、基本知识,精选出讲课的内容,组织成条理化、系统化、通俗化的教案及讲稿。认真细致的备好每一节课,真正做到重点明确,难点分解。遇到难以解决的问题,多数通过网络或者专业书籍获得答案。其次,深入了解学生,根据学生的知识水平和接受能力设计教案,每一课都做到“有备而去”,每堂课都在课前做好充分的准备。编写教案时,教师要事先了解学生已经具备哪些知识,估计在学习过程中可能会出现的问题和容易混淆的概念,从学生和教材的实际出发,确定每个章节的重点和难点。由于细胞生物学是生命科学的生长点和各大分支学科的交汇点,反映了生命科学发展的最新成就,《细胞生物学》的教学内容在与时俱进,不断充实和更新,教师应广泛阅读相关的专著及学科资料,及时补充新的知识,给自己不断充电,弥补自己在教学上的不足,使学生了解最新的研究动态。

2 激发学生的学习兴趣

一门学科学生成绩的好坏,关键在于三个因素:兴趣、付出的精力以及所花费的时间。而兴趣,则是一个人积极完成一件事物的首要前提和条件。爱因斯坦说过:“兴趣是最好的老师”,按照教育心理学规律,学习兴趣的培养与激发,对于实现教学目标有着十分重要的作用。细胞生物学的教学多是安排在本科第五学期进行,作为考研常考的一门专业基础课程在如今浓烈的考研氛围下,一部分学生因为考研动力而认真学习,但是为了取得更好的教学效果,激发学生的学习兴趣是必须的。所以在本学期开课的第一节课上,在简单介绍了本门课之后,我通过一个小视频《The inner life of cell》的展示,非常形象生动的动画将细胞内部的复杂活动展现的淋漓尽致,学生普遍认为是一个比较震撼形象的细胞世界,更是一个非常神奇的生命体。尤其对于其中的一个动力蛋白沿着细胞骨架参与物质运输的情节尤为深刻,而这使以后此部分内容的学习将十分轻松并且大家也饶有兴趣。

3 合理运用多媒体教具辅助教学

随着计算机广泛应用,多媒体课件已成为一种普遍的教学辅助工具。细胞生物学不仅内容丰富,涉及面广,发展迅速,而且细胞生物学的发展已到亚显微、分子等微观水平,具有高度的综合性、复杂性和抽象性,学生往往感觉其知识繁琐、抽象和难以理解。学习有一定的难度,很容易使学生失去兴趣。针对这种情况目前已将多媒体技术应用到《细胞生物学》课程的教学,受到了学生的普遍欢迎。在教学实践中,博采众长,吸收许多国内外优秀教材中的精华,同时,大量采用外文细胞生物学图书及国外网站上的细胞生物学图片,把优美逼真和清晰动感的画面及图表转移到教室,使微观世界宏观化、教学内容情景化。

4 善于学习,重视反思

虽然教学的知识是相同的,但每次传授的方式都不可能是相同的。为了让自己能更好的开展工作,我会看一些关于心理研究等类型的书籍,使得在教学中能够结合学生的心理特点开展教学。例如,在课堂的教学中我注意结合学生注意力的特点,将教学重点安排在学生注意力集中的时段进行教学,同时注意减少相关干扰,使学生注意力能更加集中。在学生遇到较多的学习方法感到混乱,努力了也难以取得进步而感到非常困惑时,我告诉他这是学习中的“高原现象”,不要太担心,只要努力跨过这个关就会豁然开朗了。当学生感觉总是记不牢知识时,我指导学生根据心理遗忘曲线来进行记忆,使学生记得好,记得牢。

对于反思来说,首先是对教材的反思。其次对学生的反思。我每周都会对学生的情况做一个分析,从学生的角度去反思自己的做法。可取的记下来,不可取的想办法改进。

5 积极尝试教学模式改革

在本学期教学过程中,我借鉴了王金发教授的“开放式、研究式”教学模式。本学期对本门课向学生提出下列要求:(1)每章过后写一份内容提要和总结;(2)读书报告;(3)命模拟题。其中细胞读书活动,要求参与学生根据细胞生物学内容,通过关键词从英文科技期刊上选读相关论文(1～3篇),并写以微型综述,最后做一次10分钟的演讲。

在教学过程中,我追求课堂讲解的清晰化,条理化,准确化,条理化,情感化,生动化;努力做到知识线索清晰,层次分明,教学言简意赅,深入浅出。我深知学生的积极参与是教学取得较好的效果的关键。所以在课堂上我特别注意调动学生的积极性,加强师生交流,充分体现学生在学习过程中的主动性,让学生学得轻松,学得愉快。同时在每一堂课上都充分考虑每一个层次的学生学习需求和接受能力,让各个层次的学生都得到提高。

“教有法,但无定法,贵在得法”,在教学中不能照搬单一模式。为实现《细胞生物学》课堂教学模式的重建,让课堂教学焕发生命和活力,要求我们必须关注教育主体的生活质量、生命价值和意义,使课堂教学真正成为教师与学生进行不断发现和创新的过程,在发现和创新过程中,培养学习兴趣,提高《细胞生物学》教学质量。

参考文献

[1] 朱宏.细胞生物学教学与改革的思考[J].黑龙江高教研究,2004,120(4):84～85.

[2] 李波.教学互动模式在细胞生物学教学中的应[J].高师理科刊,2001,21(1):80～83.

[3] 李莉,杨建一.细胞生物学教学的实践与探索[J].山西医科大学学报(基础医学教学版),2005,7(1):5～7.

[4] 李士怡,周一荻.多媒体在细胞生物学教学中的合理使用[J].辽宁中医学院学报,2006,8(3):145.

作者：杨海波 廖春丽 陈兰英

动力蛋白之生物学论文 篇3：

一个细胞，一座迷城

人类对生命的认识是从动物个体开始的。可是如果要回答一些生命的问题，光从动物个体的层次出发是不够的。要追根溯源，刨根问底，宏观的生命现象需要我们深入至微观世界才得以解答。微观到什么程度呢？细胞、微生物……这些都不够，我们一直要微观到分子、原子才可以。举个例子，为什么血液是红色的？因为血液里面有红细胞，而红细胞是红色的。红细胞为什么是红色的？因为红细胞里有一种蛋白质，它的名字叫血红蛋白，它是红色的。血红蛋白为什么是红色的？因为血红蛋白里含有铁，铁这种微量元素很容易和氧结合到一起，这样就能把氧带到我们全身各处。可是，铁不是黑色的吗？怎么就成红色的了？因为铁氧化了，氧和铁结合后形成的氧化铁是红色的，所以我们的血液才是红色的。今天我们就来聊聊这种肉眼看不见的物质——蛋白质。

细胞有多大

细胞有多大？是0.1毫米，也就是万分之一米。这也是人类肉眼分辨率的极限。所以想用肉眼观察细胞内部是不可能的，因此我们需要借助显微镜。我们以洋葱表皮细胞为例。把洋葱一层层剥开，将其内表皮撕下来，就会很容易得到它的单层细胞。显微镜下，这些细胞呈现为一个一个的格子。实际上，细胞对应的英文单词叫cell，cell这个词本身的意思就是小格子。所以，洋葱表皮细胞呈现的其实就是细胞的一个基本形态。每一个格子代表一个细胞，里边黑黑的是细胞核，它是细胞最核心的部分。大肠杆菌是一种单细胞生物，一个细菌就是一个细胞。大肠杆菌生活在人类的大小肠中，正常情况下，它是一种和人类互利共生的细菌。只有在机体免疫力降低等情况下，它们才会对人体健康造成危害。再以蛙的胚胎为例。蛙的受精卵分裂成兩个细胞后，再从两个细胞变四个细胞。人也是从受精卵分裂发育成的，一变二，二变四，四变八……这么一步一步变出来的。这就是生命微观，也是最根本的东西。

细胞里面长啥样

我们把细胞整个剖开，就会发现细胞的结构非常复杂。细胞里有细胞核、核仁、内质网、高尔基体、线粒体……细胞里有各种各样复杂的东西，其中一部分可以统称为细胞器。整个细胞就像一座喧嚣的城市，里边的蛋白质和细胞器在不停地运动，如果你真的能缩微成一个小人进到细胞里去看一看，就会发现细胞里的工作非常忙乱。当然，细胞的很多状态都需要借用显微镜来观察，不过这种显微镜并不是学校实验室里常用的显微镜，而是复杂得多、高级得多、巨大得多的显微镜。

细胞中的线粒体

线粒体是什么？线粒体是细胞的能量工厂。我们所有的运动，包括呼吸、说话、思考，全都需要能量，能量从哪儿来呢？通过饮食获取。当食物进入身体之后，会变成一些有能量的小分子——葡萄糖。葡萄糖在哪里释放能量呢？就在线粒体里。所以说，每个细胞里都有很多的线粒体来帮我们提供能量。我们吃进去的能量分子最终转换成了一种叫作ATP的小分子。ATP是细胞里的能量货币，细胞里绝大多数活动都需要它来提供能量。

细胞中的蛋白质复合体

我们把尺度再进一步缩小，就会看到蛋白质复合体，它的尺度是100纳米，也就是千万分之一米，这是非常小的。在众多的蛋白质复合体里，有一种叫核糖体，是细胞中的蛋白质工厂。蛋白质从何而来？就是从核糖体中生产出来的。人们每天都要活动，即便当你坐在那一动不动，身体每一个细胞里的蛋白质机器仍旧在不停地运动，所以我们才说“生命不息，运动不止”。我们把蛋白质机器拆开，里面是一个一个的蛋白质，比如这个核糖体蛋白质机器，拆开后就会发现里面有非常多的蛋白质。所以，蛋白质是组成细胞里分子机器的零件。蛋白质还有其他用处，比如有的蛋白质本身就很大，自己就像一个分子机器，能做很多很复杂的事情。磷酸原激酶是细胞中很重要的一种蛋白质，能够帮助我们把暂时不用的ATP分子先储存起来，等要用的时候，再将其能量释放出来，它的作用类似活塞式的发动机。还有一类蛋白质是细胞的建筑材料，如砖瓦般搭起了整个细胞。细胞里有很多纵横交错的网络，叫作细胞骨架。细胞骨架聚合的过程中很多小蛋白质不断地汇聚到一起，形成了一个管状或纤维状的结构。不需要这些骨架的时候，它又会迅速地解聚。还有很酷的动力蛋白，它正拖着一个巨大的囊泡在一根微管上行走，囊泡里装着很多货物。这样的情况无时无刻不发生在你的每一个细胞里。

蛋白质能被直接看见吗？用显微镜我们一定看不到！为什么？人眼可感知的可见光波长范围大概为400—700纳米，紫色是波长最短的，约400纳米；红色是波长最长的，约700纳米。我们之所以能看到一个物体，就是因为光照射到物体表面，然后被反射出来，我们看到了被反射出来的光也就看到了这个物体。但是，在光波和蛋白质之间会发生什么呢？蛋白质的长度约10纳米或更小，比光波的波长几百纳米要小多了，所以当光遇到蛋白质的时候，它会绕过蛋白质，也就是说，它们之间不会发生任何反应，任何相互作用，所以我们不可能利用可见光看到蛋白质，也就不可能用光学显微镜看到蛋白质了。为了解决这个问题，科学家发明了荧光显微镜。现在，我们把希望看到的蛋白质和绿色荧光蛋白连在一起，如此一来，绿色荧光蛋白在哪儿，蛋白质就在哪儿了，这就是荧光显微镜的基本工作原理。不过，科学家们觉得只有绿色荧光这一种颜色太单一了，如果想看好几种蛋白质怎么办呢？于是有科学家把绿色荧光蛋白稍微改造了一下，就生产出了一系列不同颜色的荧光蛋白。有了这一系列不同颜色的荧光蛋白，我们就可以标记不同的蛋白质，也就看到了细胞内部五彩斑斓的微观世界。在荧光蛋白的帮助下，我们看到的蛋白质是一个一个的点，一个光点对应一个荧光蛋白，可是我们怎么知道蛋白质内部的结构呢？

蛋白质的内部结构

首先我们来了解一个尺寸——0.1纳米。0.1纳米等于一百亿分之一米，把1米的长度平均分成100亿份，那1份就是0.1纳米。在这样的尺度上我们再去看蛋白质。你们或许听过水分子的化学式H2O，水分子就是由2个氢原子和1个氧原子组成的，我们再来看看另一些常见物质的化学式，比如甲醛、乙炔、甲烷、硫酸根、甘油等。甘油在生活中很常见，几乎所有的化妆品和家化日用品里都有甘油。甘油的化学式是C3H8O3，代表它由3个碳原子、8个氢原子、3个氧原子组成。血红蛋白的化学式是什么呢？它是由多少个原子组成的呢？血红蛋白由3032个碳原子、4816个氢原子、812个氧原子、780个氮原子、8个硫原子和4个铁原子組成。所以，一个蛋白质分子就由这么多原子组成，我们最终也测到了每一个原子在三维空间中的位置。其实我们每个人的身体都像一个宇宙，里边有无数的原子，它们组成了非常复杂的机器，完成了非常精密的生物学功能。这些结构是用什么方法测出来的呢？这需要借助X射线、电子显微镜或核磁共振等手段。这是一个同步辐射X射线光源，它是一个很强大的X射线光源，可以用来给化石照X光片，它跟我们平常去医院照的胸片是不一样的。同步辐射光源是一个巨大的科学装置。目前全中国只有一台第三代同步辐射光源，在上海。

为什么要研究结构生物学

为什么要做结构生物学？我们知道线粒体是细胞中的能量工厂，ATP分子是细胞里的能量货币，那么，食物变成了葡萄糖之后是怎么变成ATP的呢？在这个能量转换的过程中，有一个很关键的蛋白质机器在起作用，那就是ATP合成酶，它就像电动机一样不停地旋转，而推动它旋转的力量来自跨膜质子动力势，旋转时产生的力量合成了ATP。ATP合成酶又像水坝上的水车，水车不停地转动，ATP合成酶也在我们体内不停地转动，这样的事情发生在我们每一个细胞的每一个线粒体里，它们给我们提供了能量，让我们能说能想，能跑能跳。正是通过结构生物学的研究，我们才能够进入到微观世界，看到这些蛋白质分子的运转模式。另外，结构生物学也能够帮助我们研制新药，治疗更多疾病。药物之所以会起作用，是因为它们能阻碍细菌的核糖体，阻碍它的运动，这样细菌就死掉了。这样的医学研究都需要靠结构生物学。回到今天的主题：从细胞到原子——生命的微观世界。从几百米高的楼房，一两米高的人，到几厘米长的昆虫，再到微米级的细胞，纳米级的蛋白质分子、原子，人类想要真正从根源上回答一些生命的问题，就必须从宏观向微观进军。

作者：叶盛