磁受体蛋白

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同义词 磁感应蛋白一般指磁受体蛋白
磁受体蛋白(MagR)属于铁硫簇结合蛋白(简称铁硫蛋白),每一个蛋白质单体都结合了一个二铁二硫形式的铁硫簇。
中文名
磁受体蛋白
外文名
MagR

磁受体蛋白发现背景

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2015年11月16日,北京大学生命科学学院的谢灿课题组在《Nature Material》杂志上在线发表了生物感磁研究领域的一项突破性进展。作者首先提出了一个基于蛋白质的生物指南针模型(Biocompass model)。该模型认为,存在一个铁结合蛋白作为磁感应受体 (Magnetoreceptor,MagR),该蛋白通过线性多聚化组装,形成了一个棒状的蛋白质复合物(Magnetosensor),就像一个小磁棒一样有南北极。而前人推测的感磁相关蛋白Cry和磁感应受体MagR通过相互作用,在MagR棒状多聚蛋白的外围,缠绕着感光蛋白Cry,从而实现“光磁耦合”。
在这一模型的理论框架下,谢灿课题组通过计算生物学预测、果蝇的全基因组搜索和蛋白质相互作用实验发现了一个全新的磁受体蛋白(MagR)。[1] 

磁受体蛋白实验证明

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生物物理学和物理学实验证明,MagR蛋白复合物具有很明显的内禀磁矩,能通过磁场在实验室富集和纯化得到。作者不仅从物理性质上测量了该蛋白在溶液状况下的磁性特征,还通过电镜观察到MagR蛋白质复合物能感应到微弱的地球磁场(在北京大致为0.4高斯),并沿着地球磁场排列。人工增强磁场强度可以导致这种排列更加有序。实验中也观测到了蛋白质晶体呈现极强的磁性,能明显被铁磁物质吸引,当外界磁场突然反向时,蛋白质棒状复合物会发生180°跳转。作者推测该蛋白质复合物磁性的物理基础可能基于MagR蛋白在棒状多聚复合物的轴线上铁原子的有序排列以及在由铁硫簇形成的平行“铁环”中可能存在环形电流。同时,动物免疫组织化学实验也证明了磁感应受体MagR蛋白质和光受体Cry蛋白质在鸽子视网膜存在共定位,暗示着动物可能可以“看”到地球磁场的存在。
铁硫蛋白属于进化中非常古老的蛋白家族,很多高等生物中的铁硫蛋白在细菌中也广泛存在。比如说,真核生物的MagR在细菌如在大肠杆菌中的同源蛋白名为Isca1。铁硫蛋白最早由美国科学家Helmut Beinert在1960年发现,并在其后得到了广泛研究,包括它们的蛋白质组装过程、生理学功能以及由于蛋白质异常产生的疾病等等,但是从来没有人把铁硫蛋白和生物感磁动物迁徙联系在一起。编码该蛋白的磁受体基因magr从昆虫到人类高度保守,可能意味着生物磁感应机制的保守性。
谢灿课题组的这一系列的实验初步确认并建立了基于MagR蛋白的生物指南针感磁机理。MagR蛋白的发现,对生物感磁机制的发展有着至关重要的影响,由于MagR蛋白自身具有内禀磁矩,加之MagR蛋白与Cry蛋白相似的特征(例如在果蝇头部和在鸽子视神经细胞中大量表达;在进化上出现得很早,广泛存在于生物界各类物种),Cry蛋白占据了20多年的“第一磁受体蛋白”地位受到了强烈撼动。
参考资料
词条标签:
科技