真正的蛋白质“单人照”问世究竟长什么样？

教科书中有很多描绘蛋白质空间结构的插图，但这些插图是示意图。那么蛋白质长什么样子呢？

我们通常看到的就是这样一个蛋白质结构的示意图。图片来源：Opabinia regalis/维基百科

到目前为止，还没有通过任何方法直接拍摄单个蛋白质的结构。但是现在，真正的蛋白质“单照”出来了蛋白质的图片，长这样：

有点糊……照片来源：瑞士苏黎世大学的 Jean-Nicolas Longchamp

电子全息显微镜

这是苏黎世大学一组研究人员的最新成果，他们将蛋白质分子固定在一层石墨烯上，并通过电子全息显微镜获得了此类图像。

以前的显微成像技术使得直接研究单个蛋白质变得困难，因为它们的结构在成像过程中被破坏。蛋白质等生物大分子的空间结构研究一般依赖X射线衍射。

Rosalyn Franklin 拍摄的 DNA X 射线衍射图像是推断 DNA 结构的关键证据。图片来源：维基百科

但是这种技术也有一些缺点，比如必须先将蛋白质结晶出来，而且不能直观地看到分子结构。

在显微镜下观察到的蛋白质晶体。用 X 射线研究的晶体通常小于 1 毫米长。图片来源：Lode~commonswiki/维基百科

石墨烯的帮助

这一次，研究人员选择了低能电子束对蛋白质进行“拍照”，从而避免了对蛋白质结构的破坏。然而，电子的较低能量也意味着它们的穿透力变弱。这时就需要选择更薄、更容易通过电子的载体来固定蛋白质分子。

就像在光学显微镜下使用透明玻璃板一样，研究人员选择了对电子足够“透明”的石墨烯单层来容纳蛋白质分子。

石墨烯的理想晶体结构 图片来源：AlexanderAlUS/Wikipedia

在超高真空环境下，蛋白质分子被固定在非常干净的石墨烯表面上并拍照。通过电子产生的干涉条纹，我们可以得到蛋白质结构的直观图像。

成像示意图。图片由论文原文整理

准确且有前途的成像

研究人员测试了几种不同的常见蛋白质，发现新技术获得的“蛋白质照片”与传统方法确定的蛋白质空间结构一致。可以看出，这个成像的技术结果是准确的。

蛋白质的“单张照片”与已知的空间结构一致。从左到右：血红蛋白、牛血清白蛋白和细胞色素 C。图片来自：瑞士苏黎世大学的 Jean-Nicolas Longchamp

研究团队计划使用这项新技术来研究以前难以确定结构的蛋白质。他们希望这项新技术能在医学上得到应用蛋白质的图片，尤其是在涉及蛋白质空间结构错误的疾病中。

参考文献：1. Jean-Nicolas Longchamp、Stephan Rauschenbach、Sabine Abb 等人。如何对单个蛋白质进行成像。 arXiv:1512.08958 [physics.bio-ph]2. 首次使用石墨烯片拍摄单个蛋白质

知识点高中生物必修1

生命活动的主要载体——蛋白质