科學家首次發現能導電的蛋白質

科學家發現能導電的蛋白質(圖:TwStock/Shutterstock.com)

科學家最近發現了一種能導電的蛋白質。如果該發現能被重複並加以利用,這意味著人類自身就擁有醫療診斷工具。未來,或許只要一個小小的電流,就能找到這個特定的蛋白質。

 

導電的蛋白質

幾年來,亞利桑那州立大學(Arizona State University) Stuart Lindsay 研究團隊反覆測試了他們的發現。因為蛋白質導電實在令人難以相信。他們用了各種各樣的假說來解釋實驗數據,最終得到的結論是:他們確實發現了一種能導電的蛋白質。

整合蛋白(integrin)有一個結構域(domain)稱為 alphaVbeta3。研究人員將 alphaVbeta3 蛋白質掛在兩個電極之間,發現它具有非常高的電導(electronic conductance)。從那以後,他們便開始尋找這一現象的可能解釋。他們曾經考慮過電子跳躍,即電子在不同原子間跳躍,進行電荷的轉移。但這一理論與實驗數據並不相符。

alphaVbeta3 蛋白質導電(圖:Weisi Song, Biodesign Institute, Arizona State University)

量子力學對蛋白質狀態的解釋

後來,Lindsay 看到了匈牙利羅蘭大學(Eötvös Loránd University)理論生物物理學家 Gabor Vattay 的研究。Vattay 提出,根據量子力學,蛋白質分子有兩種狀態,分別為導電和絕緣。電流通過後,蛋白質要麼成為導電體,要麼成為絕緣體。在蛋白質的量子力學能量水平(energy level)分布圖上,有三個彎曲,一個對應導電狀態,一個是絕緣狀態,中間的是二者之間的量子臨界狀態。

Vattay 的理論似乎與 Lindsay 團隊的實驗結果相符。利用超級電腦模擬,研究人員將導電的 alphaVbeta3 蛋白質與量子臨界狀態相匹配,解釋了實驗數據。

研究意義

當然,研究人員對這一發現持謹慎態度。他們只研究了一個能導電的蛋白質,而且其中的很多機制仍不清楚,希望將來的研究能填補這一空白。

發現導電的蛋白質意味著我們將從全新的視角理解蛋白質,了解如何在奈米尺寸的設備上利用蛋白質,如何調整用於治療的蛋白質。或許,我們需要從根本上重新考慮蛋白質的電性質。

 

參考資料:

  1. Lindsay S, Song W, Pang P, et al. Observation of giant conductance fluctuations in a protein[J]. Nano Futures, 2017.
  2. Nield D, A protein has been caught conducting electricity, and scientists are really excited, ScienceAlert, Oct 30, 2017.
舒超
明日科學編輯,科大生命科學學院研究生,目前努力畢業中。做實驗之餘,喜歡讀書寫字,學習語言。鐘情中國古典文學。希望有朝一日走遍天下,增廣見聞。