麻省理工学院的化学家们发现光合作用的光线采集为何如此高效

麻省理工学院的化学家们发现光合作用的光线采集为何如此高效麻省理工学院的研究人员发现，光收集复合体中的蛋白质的无序排列增强了其能量转移效率，推翻了有序结构更有效率的假设。这一发现表明，这种混乱的排列可能不是偶然的，而是一种有目的的进化，以实现效率的最大化。麻省理工学院的化学家们首次测量了光合作用采光蛋白之间的能量传递，使他们发现采光蛋白的无序排列提高了能量传递的效率。资料来源：研究人员提供麻省理工学院化学家的一项新研究为光收集复合体（也称为"天线"）的蛋白质如何实现这种高效率提供了一个潜在的解释。研究人员首次能够测量光收集蛋白之间的能量转移，使他们发现这些蛋白的无序排列提高了能量传导的效率。"为了使该'天线'工作，你需要长距离的能量转导。我们的关键发现是，光收集蛋白的无序组织提高了这种长距离能量传导的效率，"麻省理工学院化学副教授、这项新研究的资深作者GabrielaSchlau-Cohen说。麻省理工学院的博士后DihaoWang和DvirHarris以及麻省理工学院前研究生OliviaFiebig博士'22是这篇论文的主要作者，该论文本周发表在《美国国家科学院院刊》上。麻省理工学院的化学教授曹建树也是该论文的作者。在这项研究中，麻省理工学院的团队专注于紫色细菌，这些细菌通常在缺氧的水生环境中被发现，并且通常被用作研究光合作用光收集的模型。在这些细胞内，捕获的光子通过由蛋白质和吸收光的色素（如叶绿素）组成的光收获复合体。使用超快光谱，一种使用极短的激光脉冲来研究发生在飞秒到纳秒时间尺度上的事件的技术，科学家们已经能够研究能量如何在这些蛋白质中的一个单独的蛋白质中移动。然而，研究能量如何在这些蛋白质之间移动已被证明更具挑战性，因为它需要以一种可控的方式定位多个蛋白质。为了创建一个实验装置，使他们能够测量能量如何在两个蛋白质之间移动，麻省理工学院的团队设计了合成的纳米级膜，其成分与自然发生的细胞膜相似。通过控制这些被称为纳米盘的膜的大小，他们能够控制嵌入盘中的两个蛋白质之间的距离。在这项研究中，研究人员将在紫色细菌中发现的主要采光蛋白的两个版本，即LH2和LH3，嵌入他们的纳米盘中。LH2是在正常光照条件下存在的蛋白质，而LH3是通常只在弱光条件下表达的变体。利用麻省理工学院纳米设施的低温电子显微镜，研究人员可以对他们的膜包埋蛋白进行成像，并显示它们的位置与原生膜中的距离相似。他们还能够测量光收集蛋白之间的距离，其规模为2.5至3纳米。由于LH2和LH3吸收的光的波长略有不同，因此有可能使用超高速光谱来观察它们之间的能量转移。对于间隔紧密的蛋白质，研究人员发现，一个光子的能量在它们之间传播需要大约6皮秒的时间。对于相距较远的蛋白质，能量转移需要15皮秒的时间。更快的旅行意味着更有效的能量转移，因为旅行的时间越长，转移过程中损失的能量就越多。Schlau-Cohen说："当一个光子被吸收时，在能量通过非辐射衰变等不需要的过程失去之前，你只有这么长的时间，所以它能越快得到转换，它的效率就越高。"研究人员还发现，排列在晶格结构中的蛋白质比排列在随机组织结构中的蛋白质显示出更低的能量转移效率，就像它们通常在活细胞中那样。"有序的组织实际上比生物学的无序组织效率低，我们认为这非常有趣，因为生物学往往是无序的。"Schlau-Cohen说："这一发现告诉我们，这可能不仅仅是生物学的一个不可避免的缺点，而且生物体可能已经进化到利用它。"目前研究人员已经建立了测量蛋白质间能量转移的能力，接下来的计划是探索其他蛋白质之间的能量转移，例如'天线'蛋白质到反应中心的蛋白质之间的转移。他们还计划研究在紫色细菌以外的生物体（如绿色植物）中发现的'天线'蛋白之间的能量转移。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1369211.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1369211.htm

咖啡+牛奶：抗击炎症的动态组合

咖啡+牛奶：抗击炎症的动态组合每当细菌、病毒和其他外来物质进入身体，我们的免疫系统就会通过部署白细胞和化学物质来保护我们。这种反应通常被称为炎症，每当我们的肌腱和肌肉负荷过重时也会发生，这也是风湿性关节炎等疾病的特征。被称为多酚的抗氧化剂存在于人类、植物、水果和蔬菜中。这组抗氧化剂也被食品工业用来减缓食品质量的氧化和恶化，从而避免异味和酸败。众所周知，多酚对人类也是健康的，因为它们有助于减少体内引起炎症的氧化压力。但是关于多酚类物质仍有许多未知之处。相对来说，很少有研究调查了多酚与其他分子发生反应时的情况，如混入我们随后食用的食品中的蛋白质。在一项新的研究中，哥本哈根大学食品科学系的研究人员与兽医和动物科学系的研究人员合作，调查了多酚与氨基酸（蛋白质的组成成分）结合时的表现。其结果是有希望的。"研究表明，当一种多酚与一种氨基酸发生反应时，它对免疫细胞中的炎症的抑制作用会增强。因此，可以清楚地想象，这种混合物质也可能对人类的炎症产生有益影响。我们现在将进一步调查，首先是在动物身上。之后，我们希望获得研究资金，这将使我们能够在人类身上研究这种效果，"负责这项研究的食品科学系的MarianneNissenLund教授说。这项研究将于今天（1月30日）发表在《农业和食品化学杂志》上。双倍的抗炎效果为了研究多酚与蛋白质结合的抗炎效果，研究人员对免疫细胞施加了人工炎症。一些细胞接受了不同剂量的多酚，这些多酚与一种氨基酸发生了反应，而其他细胞只接受相同剂量的多酚。对照组则什么都没接受。研究人员观察到，用多酚和氨基酸组合处理的免疫细胞对抗炎症的效果是只加入多酚的细胞的两倍。"现在在细胞实验中观察到了抗炎效果，这很有意思。显然，这只会让我们更有兴趣更详细地了解这些健康影响。因此，下一步将是在动物身上研究这些影响，"卫生和医学科学学院兽医和动物科学系的AndrewWilliams副教授说，他也是这项研究的高级作者。在咖啡和牛奶中找到的惊喜研究人员先前的研究表明，多酚类物质与肉制品、牛奶和啤酒中的蛋白质结合。在另一项新研究中，他们测试了这些分子是否也会在加牛奶的咖啡饮料中相互结合。事实上，咖啡豆充满了多酚类物质，而牛奶则富含蛋白质。"我们的结果表明，多酚类物质和蛋白质之间的反应也发生在我们研究的一些加牛奶的咖啡饮料中。事实上，这种反应发生得相当快。"MarianneNissenLund说。不难想象，当其他由蛋白质和水果或蔬菜组成的食物结合在一起时，也会发生这种反应和潜在的有益抗炎作用。我可以想象，如果能够在饮食中确保添加一些蛋白质，如牛奶或酸奶，那么类似的反应也会发生，例如，肉类菜肴与蔬菜或冰沙中。"工业界和研究界都注意到了多酚的主要优势。因此，他们正在研究如何在食品中添加适量的多酚以达到最佳质量。在这种情况下，新的研究成果也很有希望。"由于人类不能吸收那么多的多酚，许多研究人员正在研究如何将多酚封装在蛋白质结构中，从而改善它们在体内的吸收。这种策略还有一个好处，即增强多酚的抗炎作用。"这项研究由丹麦独立研究基金资助，并与德国德累斯顿技术大学合作进行。有关于多酚的一些小知识多酚是一组天然存在的抗氧化剂，对人类很重要。它们可以防止和延缓我们体内健康的化学物质和器官的氧化，从而保护它们免受损害或破坏。多酚存在于各种水果和蔬菜、茶、咖啡、红葡萄酒和啤酒中。由于其抗氧化特性，多酚被用于食品工业，特别是最大限度地减少脂肪的氧化，以及食品的质量恶化，以避免异味和酸败。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1341747.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1341747.htm

揭开细胞动力源的秘密：科学家们揭开了线粒体的蛋白质图谱

揭开细胞动力源的秘密：科学家们揭开了线粒体的蛋白质图谱线粒体是细胞的"动力室"，在生物体的能量生产中发挥着关键作用，并参与各种代谢和信号过程。来自波恩大学医院和弗莱堡大学的研究人员现在已经对线粒体内的蛋白质组织有了系统的了解。线粒体的蛋白质图谱为进一步探索这些细胞动力源的功能奠定了重要基础，并对疾病的理解产生了影响。这项新研究最近发表在著名的《自然》杂志上。线粒体是细胞的重要组成部分，被一层双膜所包围，将它们与细胞的其他部分分开。它们产生维持这些活动所需的大部分能量。除了能量生产，线粒体在新陈代谢和信号传递中发挥着关键作用，作为炎症过程和程序性细胞死亡的表面。从线粒体进入门移除被捕蛋白质的质量控制机制的模型。资料来源：Schulte等人，2023年《自然》杂志线粒体的缺陷导致了许多疾病，尤其是神经系统的疾病。因此，对线粒体过程的分子理解对基础医学研究具有最重要的意义。细胞中的分子工作者通常是蛋白质。线粒体可以包含大约1000个或更多不同的蛋白质。为了执行功能，这些分子中的几个经常一起工作，形成一个蛋白质机器，也称为蛋白质复合物。蛋白质还在分子过程的执行和调节中相互作用。然而，人们对线粒体蛋白质在这种复合体中的组织结构知之甚少。英国广播公司的托马斯-贝克尔教授和法比安-登-布拉夫博士的研究小组与弗莱堡大学的贝恩德-法克勒教授、乌韦-舒尔特博士和尼古拉斯-普凡纳教授的研究小组一起，创建了一个蛋白质复合物中蛋白质组织的高分辨率图像，称为MitCOM。这涉及一种被称为复合体分析的特殊方法，以前所未有的分辨率记录单个蛋白质的指纹。MitCOM揭示了来自面包酵母的90%以上的线粒体蛋白在蛋白质复合物中的组织。这使得新的蛋白质-蛋白质相互作用和蛋白质复合体的鉴定成为可能--这对进一步的研究非常重要。UKB的研究人员与合作研究中心1218"线粒体对细胞功能的调节"项目合作，展示了这一数据集如何被用来阐明新的过程。线粒体从细胞的液体部分（称为细胞膜）输入99%的蛋白质。在这个过程中，一种被称为TOM复合体的机制使这些蛋白质通过膜被吸收到线粒体中。然而，当蛋白质在运输过程中被卡住时，它们是如何从TOM复合体中移除的，这一点在很大程度上还不清楚。为了阐明这一点，Becker教授和denBrave博士领导的团队使用了MitCOM数据集的信息。结果表明，非输入的蛋白质被专门标记为细胞降解。博士生ArushiGupta的研究进一步揭示了这些被标记的蛋白质随后被定向降解的途径。了解这些过程很重要，因为蛋白质输入的缺陷可能导致细胞损伤和神经系统疾病。"我们研究中的例子证明了MitCOM数据集在阐明新机制和途径方面的巨大潜力。因此，这个蛋白质地图代表了进一步研究的重要信息来源，它将帮助我们了解细胞动力源的功能和起源，"UKB生物化学和分子生物学研究所所长贝克尔教授说。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1348957.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1348957.htm

普林斯顿大学化学家成功利用定制蛋白质在室温下创造量子点

普林斯顿大学化学家成功利用定制蛋白质在室温下创造量子点普林斯顿大学的MichaelHecht教授和他的研究小组在化学领域取得了一项重大发现，他们创造了第一个已知的能催化量子点合成的从头蛋白质。量子点是具有荧光特性的纳米晶体，被用于一系列的电子应用，包括LED屏幕和太阳能电池板。这种创造量子点的新方法有可能比目前的方法更具有可持续性和环保性，因为它表明可以使用并非来自自然界的蛋白质序列来合成功能性材料。在电子显微镜下拍摄的量子点的图像。这些量子点是在赫克特实验室使用新蛋白质生产的。每个量子点的直径为2纳米，这是一个重要的因素，因为粒子的大小决定了它们发光的颜色，或者说荧光。资料来源：赫克特和斯科尔斯实验室提供这就是化学教授MichaelHecht和他的研究小组工作的领域，最近，他们对设计自己的序列的好奇心得到了回报。他们发现了第一个已知的催化或驱动量子点合成的denovo（新创建）蛋白质，量子点是用于从LED屏幕到太阳能电池板等电子应用的荧光纳米晶体。他们的工作打开了以更可持续的方式制造纳米材料的大门，证明了并非来自自然界的蛋白质序列可以用来合成功能性材料，这对环境有明显的好处。量子点通常是在工业环境中用高温和有毒、昂贵的溶剂制造的--这种过程既不经济也不环保。但是Hecht和他的研究小组在实验室里用水作为溶剂完成了这一过程，在室温下制造出了稳定的最终产品。Hecht说："我们对制造生命分子、蛋白质感兴趣，它们并不是在生命中产生的，"他与威廉-S-托德化学教授和系主任格雷格-斯科尔斯一起领导了这项研究。"在某些方面，我们在问，是否存在我们所知的生命的替代品？地球上的所有生命都来自共同的祖先。但是，如果我们制造出并非来自共同祖先的栩栩如生的分子，它们能做很酷的事情吗？所以在这里，我们正在制造从未在生命中出现过的新型蛋白质，做生命中不存在的事情。"该团队的工艺还可以调整纳米粒子的大小，这决定了量子点的颜色，或荧光。这为在生物系统中标记分子提供了可能性，例如对体内的癌细胞进行染色。迈克尔-赫克特教授和第五年的研究生以及量子点研究的合作者姚跃宇在弗里克实验室图片来源：杰西-康登的照片"量子点因其尺寸而具有非常有趣的光学特性，"该论文的共同作者、赫克特实验室五年级研究生姚跃宇说。"它们非常善于吸收光线并将其转化为化学能--这使得它们在被制成太阳能电池板或任何种类的光传感器方面非常有用。但另一方面，它们也非常善于以某种所需的波长发光，这使它们适合于制作LED屏幕。"而且，由于它们很小--仅由大约100个原子组成，宽度可能为2纳米--它们能够穿透一些生物屏障，使它们在药品和生物成像方面的用途特别有希望。"我认为使用新蛋白质为可设计性开辟了一条道路，"这项研究的主要作者、斯科尔斯实验室的前博士后LeahSpangler说。"对我来说，一个关键词是'工程'。我希望能够设计蛋白质来做一些特定的事情，而这是一种你可以做到的蛋白质类型。她补充说："我们正在制造的量子点质量还不是很好，但这可以通过调整合成方法来改善。我们可以通过设计蛋白质以不同的方式影响量子点的形成来实现更好的质量。"LeahSpangler，论文的主要作者，去年在弗里克实验室基于通讯作者SaranganChari（Hecht实验室的高级化学家）所做的工作，该团队使用其设计的名为ConK的新蛋白质来催化该反应。研究人员于2016年首次从一个大型蛋白质组合库中分离出了ConK。它仍然由天然氨基酸组成，但它符合"从头开始"的条件，因为它的序列与天然蛋白质没有任何相似性。研究人员发现，ConK使大肠杆菌在其他有毒浓度的铜中生存，这表明它可能对金属结合和封存有用。这项研究中使用的量子点是由硫化镉制成的。镉是一种金属，所以研究人员想知道ConK是否可以用来合成量子点。他们的预感得到了回报，ConK将20种氨基酸之一的半胱氨酸分解成几种产物，包括硫化氢。这将作为活性硫源，然后与金属镉反应，其结果是硫化镉量子点。为了制造这种量子点，需要将镉源和硫源在溶液中反应。蛋白质所做的是随着时间的推移缓慢地制造硫源。因此，最初添加镉，但蛋白质会产生硫，然后发生反应，形成不同大小的量子点。这项研究得到了美国国家科学基金会MRSEC项目（DMR-2011750）、普林斯顿大学写作中心和加拿大高级研究所的支持。该研究还得到了美国国家科学基金会资助的MCB-1947720对MH的支持。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1338419.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1338419.htm

科学家用尖端人工智能揭开蛋白质的秘密

科学家用尖端人工智能揭开蛋白质的秘密该工具由KAUST生物信息学研究员MaxatKulmanov及其同事开发，在预测蛋白质功能方面优于现有的分析方法，甚至能够分析现有数据集中没有明确匹配的蛋白质。该模型被称为DeepGO-SE，它利用了类似于Chat-GPT等生成式人工智能工具所使用的大型语言模型。然后，它根据蛋白质工作方式的一般生物学原理，利用逻辑蕴含得出关于分子功能的有意义的结论。从本质上讲，它通过构建部分世界模型（在本例中为蛋白质功能），并根据常识和推理推断出在这些世界模型中应该发生的事情，从而赋予计算机逻辑处理结果的能力。一种新的人工智能（AI）工具能对未知蛋白质的功能进行逻辑推理，有望帮助科学家揭开细胞内部的奥秘。图片来源：©2024KAUST;IvanGromicho他补充说："这种方法有很多应用前景，"KAUST生物本体论研究小组负责人罗伯特-霍恩多夫（RobertHoehndorf）说，"特别是当需要对神经网络或其他机器学习模型生成的数据和假设进行推理时。"库尔曼诺夫和霍恩多夫与KAUST的斯特凡-阿罗德（StefanArold）以及瑞士生物信息学研究所的研究人员合作，评估了该模型破译那些在体内作用未知的蛋白质功能的能力。该工具成功地利用了一种鲜为人知的蛋白质的氨基酸序列数据及其与其他蛋白质的已知相互作用，并精确地预测了其分子功能。该模型非常精确，在一次国际功能预测工具竞赛中，DeepGO-SE在1600多种算法中名列前20位。KAUST团队目前正在利用这一工具研究在沙特阿拉伯沙漠极端环境中生长的植物中发现的神秘蛋白质的功能。他们希望这些发现将有助于确定生物技术应用中的新型蛋白质，并希望其他研究人员也能使用这一工具。库尔曼诺夫解释说："DeepGO-SE分析未表征蛋白质的能力可以促进药物发现、代谢通路分析、疾病关联、蛋白质工程、筛选感兴趣的特定蛋白质等任务。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1418103.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1418103.htm

科学家运用咖啡显著提高燃料电池的效率

科学家运用咖啡显著提高燃料电池的效率在全球努力摒弃化石燃料的过程中，燃料电池成为一种无碳排放的显著能源。这些电池由阳极和阴极组成，并由电解质隔开，直接将燃料的化学能转化为电能。燃料被送入阳极，氧化剂（通常是空气中的氧气）被送入阴极。在氢燃料电池中，氢在阳极发生氧化，产生氢离子和电子。离子通过电解质移动到阴极，电子则流经外部电路，产生电能。在阴极，氧气与氢离子和电子结合，产生水作为唯一的副产品。然而，水的存在会影响燃料电池的性能。它与铂（Pt）催化剂发生反应，在电极上形成一层氢氧化铂（PtOH），阻碍了氧还原反应（ORR）的有效催化，导致能量损失。为了保持高效运行，燃料电池需要较高的铂负载，这大大增加了燃料电池的成本。但新的研究发现，咖啡因通过提高氧还原反应的活性可以改善燃料电池的性能。咖啡因在定义明确的铂单晶电极上的吸附结构，以及咖啡因改性前（蓝色条）和改性后（橙色条）燃料电池空气电极的活性。资料来源：千叶大学教授NagahiroHoshi在最近发表于《通讯化学》（CommunicationsChemistry）杂志上的一项研究中，NagahiroHoshi教授与日本千叶大学工程研究生院的MasashiNakamura、RyutaKubo和RuiSuzuki发现，在某些铂电极中添加咖啡因可以提高ORR的活性。这一发现有可能减少对铂的需求，使燃料电池更经济、更高效。Hoshi教授说："咖啡因是咖啡中含有的化学物质之一，在原子排列呈六角形结构的定义明确的铂电极上，它能将燃料电池反应的活性提高11倍。"咖啡因对铂电极的影响为了评估咖啡因对ORR的影响，研究人员测量了通过浸入含有咖啡因的电解质中的铂电极的电流。这些铂电极的表面原子按特定方向排列，即(111)、(110)和(100)。随着电解液中咖啡因浓度的增加，电极的ORR活性明显提高。咖啡因存在时会吸附在电极表面，有效阻止氢吸附和氧化铂在电极上的形成。然而，咖啡因的作用取决于电极表面铂原子的取向。当咖啡因摩尔浓度为1×10-6时，Pt(111)和Pt(110)上的ORR活性分别增加了11倍和2.5倍，而对Pt(100)没有明显影响。为了理解这种差异，研究人员使用红外反射吸收光谱法研究了咖啡因在电极表面的分子取向。他们发现，咖啡因在铂(111)和铂(110)表面被吸收时，其分子平面垂直于表面。然而，在铂(100)表面，立体阻碍导致咖啡因的分子平面相对于电极表面倾斜。"Pt(111)和Pt(110)的ORR活性提高是由于PtOH覆盖率降低和吸附的咖啡因的立体阻碍降低。相反，对于Pt(100)，PtOH减少的效果被吸附的咖啡因的立体阻碍抵消，因此咖啡因不会影响ORR活性，"Hoshi教授解释说。与寿命有限的电池不同，燃料电池只要提供燃料就能发电，因此适用于各种应用，包括车辆、建筑物和太空任务。所提出的方法有望改进燃料电池的设计，并使其得到广泛应用。编译自/scitechdaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423920.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423920.htm