近日，中國科技大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室袁軍華、張榕京課題組在細(xì)菌運(yùn)動(dòng)行為研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)細(xì)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(fù)合體上的一個(gè)特定位置（稱為位點(diǎn)）與特殊小分子（稱為效應(yīng)因子）結(jié)合后，通過結(jié)構(gòu)改變影響該復(fù)合體其他遠(yuǎn)距離位點(diǎn)功能的過程。這是在生命現(xiàn)象中廣泛存在的一個(gè)重要調(diào)控機(jī)制，普遍存在于酶的活性調(diào)節(jié)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的受體活性調(diào)節(jié)、離子通道調(diào)控、基因表達(dá)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(xì)菌是通過鑲嵌在細(xì)胞膜內(nèi)的馬達(dá)（幾十納米的轉(zhuǎn)動(dòng)型分子機(jī)器，稱為鞭毛馬達(dá)）旋轉(zhuǎn)螺旋型的鞭毛，從而在液體里游動(dòng)。鞭毛馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向（順時(shí)針或逆時(shí)針）決定了細(xì)菌的游動(dòng)模式。鞭毛馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)方向的調(diào)控就是一個(gè)典型的別構(gòu)調(diào)控過程。幾十年來，人們一直在為這個(gè)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(shí)驗(yàn)手段，系統(tǒng)測量了鞭毛馬達(dá)在各種實(shí)驗(yàn)條件下的轉(zhuǎn)向改變動(dòng)力學(xué)行為，發(fā)現(xiàn)了這個(gè)調(diào)控過程中的非平衡因素，并進(jìn)一步提出了非平衡態(tài)模型，提出這個(gè)非平衡過程的能量輸入機(jī)制，解決了這個(gè)長期爭論。

該非平衡機(jī)制的發(fā)現(xiàn)也揭示了細(xì)菌鞭毛馬達(dá)如何感應(yīng)外力的機(jī)制。該研究發(fā)現(xiàn)，雖然馬達(dá)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(dá)對信號(hào)蛋白的靈敏度。這個(gè)發(fā)現(xiàn)對其他生物大分子機(jī)器的研究也有啟發(fā)，預(yù)計(jì)在其他生物大分子機(jī)器中也會(huì)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）