人類繪制出人耳聽覺蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

【資料簡介】

人類繪制出人耳聽覺蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

 日前，柏克萊實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家繪制出了人類內(nèi)耳用于控制聽覺和平衡的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。

    人類的耳朵被譽(yù)為自然界zui精密的“機(jī)械”，其耳內(nèi)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，輕薄如細(xì)絲，稱為蛋白質(zhì)纖維。科學(xué)家們的這一研究成果為了解聽覺系統(tǒng)更為基礎(chǔ)的知識(shí)開啟了大門。而這一發(fā)現(xiàn)也可能會(huì)引起治療失聰方法的改進(jìn)，從而為百分之十的聾啞人口造福。

    科學(xué)家稱，內(nèi)耳的蛋白質(zhì)纖維能將聲音的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢詾榇竽X所識(shí)別的電子信號(hào)。雖然它們僅有4納米寬，60納米長（一納米等于一百萬分之一米），但一旦它們受到損害，那么人的聽力將受損，而整個(gè)世界將變得一片寂靜。這些蛋白質(zhì)纖維是感官系統(tǒng)的一部分，有了它們，人們才能聽到巨大的油門轟鳴聲亦或是繡花針掉在地上的微小聲音。聽覺系統(tǒng)的功能如此神奇，生物體內(nèi)其他任何一個(gè)感官系統(tǒng)以及電機(jī)工程領(lǐng)域都沒有如此功能的系統(tǒng)存在。  柏克萊實(shí)驗(yàn)室生命科學(xué)部的曼弗雷德·奧爾（Manfred  Auer）說：“這是人體zui奇妙的系統(tǒng)之一。但它到底是如何運(yùn)作的至今仍是個(gè)謎。我們的目標(biāo)是要確定該系統(tǒng)的形態(tài)，然后我們才可以知道它是如何運(yùn)作的。”

    為此，奧爾和他的同事利用電子斷層攝影術(shù)（electron  tomography），繪制了幾百張不同的角度的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)圖，并將它們重構(gòu)成為一個(gè)三維立體復(fù)合圖。八年前，當(dāng)奧爾的團(tuán)隊(duì)著手開始研究更多關(guān)于聽覺系統(tǒng)的組成部分時(shí)，電子斷層攝影術(shù)才被運(yùn)用在聽覺系統(tǒng)研究方面。多年的經(jīng)驗(yàn)使得他們對(duì)該技術(shù)駕輕就熟。

    繪制出的結(jié)構(gòu)圖像顯示，人的內(nèi)耳里有大量的長著聽覺細(xì)胞感受體（hair  bundle）的毛細(xì)胞。這些聽覺細(xì)胞感受體在耳膜振動(dòng)時(shí)隨著空氣的流動(dòng)而擺動(dòng)，就像微風(fēng)拂過時(shí)麥子的隨風(fēng)輕擺。通過近距離地放大可以看到，每束聽覺細(xì)胞感受體由單獨(dú)的被稱為“靜纖毛”的纖毛組成。相鄰的靜纖毛由蛋白質(zhì)纖維起來，也稱為“端部聯(lián)結(jié)”（tip  links）。當(dāng)靜纖毛開始擺動(dòng)，端部聯(lián)結(jié)被拉伸，從而在一瞬間打開了一個(gè)傳聲渠道，允許帶正電荷的離子進(jìn)入毛細(xì)胞，從而引起神經(jīng)傳遞物質(zhì)釋放，zui終到達(dá)中樞神經(jīng)系統(tǒng)，為大腦所識(shí)別。這種方式我們可以簡單看作是由機(jī)械地振動(dòng)，引起傳聲渠道的開放，將振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并zui終為我們以蟬鳴、鳥叫或是人的語言的形式所聽到。

    奧爾說：“聽覺系統(tǒng)真令人難以置信。但我們?nèi)圆恢肋@些聯(lián)結(jié)由什么組成，聽覺細(xì)胞感受體如何以分子的形式進(jìn)行運(yùn)作。”直到電子斷層攝影術(shù)的引入，這一難題才找到了解決的出路。奧爾和他的同事的利用該技術(shù)將聽覺細(xì)胞感受體進(jìn)行分析。  如今，他們已經(jīng)對(duì)聽覺細(xì)胞感受體聯(lián)結(jié)進(jìn)行了三維重建，并獲得了該聯(lián)結(jié)長度的高精度的測量數(shù)據(jù)和圖像。

    細(xì)胞結(jié)構(gòu)生物學(xué)的一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)是獲得了復(fù)雜系統(tǒng)的分子目錄，并表明了蛋白質(zhì)是如何一起起作用從而實(shí)現(xiàn)其神奇功能。奧爾稱他們也正在努力地獲得聽覺細(xì)胞感受體的詳細(xì)目錄。利用電子斷層攝影術(shù)對(duì)聽覺細(xì)胞感受體進(jìn)行研究，也讓研究小組有了更多有趣的研究話題。例如，人的聽覺既能適應(yīng)巨大的聲響，也能敏感地聽到低沉的耳語。那么人們不禁要問它能如此敏感地聽見耳語，但為什么又不能敏感地到聽見任何其他的分子撞擊耳膜的聲音呢？

    奧爾說：“如果聽覺系統(tǒng)能足夠的敏感，人類將會(huì)聽到空氣中的任何分子撞擊耳膜的聲音。利用電子斷層攝影術(shù)來研究聽覺細(xì)胞感受體的確是個(gè)很好的方法，但我們需要知道得更多，需要進(jìn)一步了解聽覺系統(tǒng)的分子結(jié)構(gòu)。我們相信，我們zui終將繪制出更為詳細(xì)的聽覺細(xì)胞感受體的分子圖，而此圖將讓我們清楚地了解到聽覺細(xì)胞感受體是如何工作的，人類的聽覺系統(tǒng)又是如何起作用的。”

人類繪制出人耳聽覺蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)