隱花色素是指能夠感受藍光和近紫外光(330—390nm)區域的光的一種受體。
基本介紹
- 中文名：隱花色素
- 別稱：藍光/紫外光-A受體
- 發現時間：1993年
- 性質：受體
定義,概況,藍光受體分類,分子組成,作用機制,識別特徵,科學研究,研究歷史,研究成果,
定義
隱花色素 (cryptochrome)或稱藍光/紫外光-A受體（cryptochrome或blue/UV-A receptor)
都找到了有隱花色素的存在。哺乳動物、昆蟲體內都有其同源基因編碼隱花色素蛋白，據國外報導，隱花色素在鳥類的遷飛行為中可能起定向作用。
隱花色素
隱花色素發現時間：1993年。
概況
藍光受體分類
目前認可的藍光受體有隱花色素（cryptochrome）和向光素（phototropin）兩種。隱花色素、向光素與光敏色素一樣，都是色素蛋白複合體，由多基因家族編碼脫輔基蛋白。
隱花色素
隱花色素分子組成
隱花色素是一類藍光（400~500nm）和近紫外光（320~400nm）的黃素蛋白，分子量為70~80KD，生色團可能是黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）和蝶呤（pterin）。
分子大體由兩部分組成：一是色素，即生色團，用此接受光信號；二是脫輔基蛋白，由他應答生色團感受的光信號，並將應答信號轉導給光受體下游的信號傳遞體，引發某種生理反應。
隱花色素普遍存在植物、動物、以及整個高等真核生物中。多數植物中有多種隱花色素，如擬南芥有兩種隱花色素基因，cry1和cry2。番茄和大麥中至少含有三種隱花色素基因，cry1a，cry1b和cry2，cry2在光下迅速分解，而cry1比較穩定。
不同隱花色素的C末端長度變化相當大，藻類有380個AA，擬南芥的cry1和cry2分別有190個和120個AA。
脫輔基蛋白後總有兩個主要結構域，即N端結構域和C端結構域。N端結構域約有500個AA殘基組成，其序列與DNA光裂解酶類似，但不具備 DNA修復活性，故又稱為PHR結構域。 PHR與生色團黃素腺嘌呤二核苷酸FAD及N,N甲叉亞甲基-5,6,7,8四氫葉酸結合，是感受光信號的區域。
C端是信號輸出區域，它具有三個可識別的序列模體：靠近N端的DQXVP序列、酸性AA殘基（E或D）區域、以及C端的STAES和GGXVP序列，因而也被稱為DAS（DQXVP-acidic-STAES）結構域。DAS主要負責核定位，分子穩定性，翻譯後修飾以及與蛋白之間的相互作用。在cry3中，DAS區域位於N端。
作用機制
隱花色素分子作用機制與光敏色素分子有類同處。隱花色素分子通常以二聚體形式存在，其N端PHR結構域是二聚體形成部位。藍光照射下，隱花色素分子的發社團FAD發生分子內電子傳遞，使二聚體發生變構，C端發生磷酸化，進而激活下游信號轉導途徑，引發生理反應。
不同的藍光反應信號途徑有所不同。如在藍光調控的氣孔開放中，負調控因子COP1是與隱花色素髮生相互作用的下游信號組分。
Cry1、cry2定位細胞核，cry3定位於葉綠體和線粒體中。
隱花色素具有磷酸化作用，參與植物新陳代謝、形態建成和向光性反應。
識別特徵
隱花色素在藍紫光區有三個吸收峰（通常在420nm、450nm、480nm左右），即呈“三指”圖案。在近紫外光370nm左右有一個吸收峰。
不同植物對藍光效應的作用光譜稍有差異。判定一個光控反應是否包含隱花色素參與的實驗標準是：在400~500nm區域內呈三指峰，在370nm附近有一個峰。
科學研究
長期以來，科學家們已經知道海龜，燕子和其它一些必須做長距離遷徙的動物能夠看到地球的磁場，但是事實上這種能力似乎也存在於人類的眼睛中。
隱花色素是一種對磁場感知極為關鍵的蛋白質，近期在果蠅身上進行的實驗得到了一個驚人的結果：人類的眼睛中含有同樣功效的物質。
果蠅和人類的差異很大，這是毋庸置疑的，但是這項實驗所揭示的結果確實令人印象深刻。史蒂芬·拉皮特(Steven Reppert)是美國麻薩諸塞州大學的神經學家，他說：“人類眼中同樣擁有隱花色素蛋白質，它能否在人類視網膜得到表達？就像一種光敏磁受器？” 拉皮特是這篇發表在《自然》雜誌上的論文的第一作者。他說：“我們不知道這種過程可否在人類視網膜上發生，但是這確實暗示了一種可能性。”
研究歷史
拉皮特的實驗室專攻長距離遷徙的蝴蝶背後隱含的生物機制。三年前，他們在工作中發現果蠅可以藉助隱花色素實現定向。
在那之前，有關隱花色素幫助定向的說法一直停留在猜想和假設的階段。但是很快科學家們便發現這種蛋白質似乎可以充當一種神奇的“量子指南針”，感知那些由於受到磁場變動影響，在光子撞擊下電子發生的極微弱旋轉變化。從而幫助動物們判斷地磁場的方向。
當然對於隱花色素的理論研究還存在很大的缺陷，但是現在普遍認為這種物質普遍存在於各種動物體內從魚類到爬行動物到鳥類。但是人類卻是個例外，我們確實也有隱花色素，但是我們更多的似乎是將它作為我們生物鐘的一部分，而不是用作指南針。
研究成果
本次的研究結果暗示人類體內的隱花色素物質功能可能並不僅僅局限於生物鐘。為了搞清楚脊椎動物的隱花色素物質對於果蠅會不會起作用，拉皮特教授決定採用人類隱花色素物質進行果蠅實驗。他的小組首先對果蠅進行了生物工程改造，使其喪失其自身的隱花色素物質。隨後將其置入一個人造磁場中的迷宮中。實驗人員發現果蠅到處亂轉，掙扎著想找到方向，但是似乎完全沒辦法實現定向。隨後研究人員將人類隱花色素植入它的體內，再次進行實驗時，它們很快就找到了方向。
克勞斯·舒爾特(Klaus Schulten)是美國伊利諾伊大學的生物物理學家，他是隱花色素方面的研究先驅，但是他並未參與拉皮特博士的這一研究工作。他評價說：“這篇論文非常讓人振奮。”根據舒爾特的說法，這一實驗結果進一步支持了有關脊椎動物的隱花色素具備同樣功能的理論，也當然的提出了有關人類隱花色素功能的問題。
拉皮特表示：“我們還不能說隱花色素能同樣在人類身上起作用，但是它確實可以在果蠅身上發生作用。” 有關人類是否能感知到地磁場的問題本身是一個充滿爭議的話題。上世紀80年代，英國動物學家羅賓·貝克(Robin Baker)提出人類是可以感知地磁場的，但是他的發現很難複製，因此沒有被科學界接受。而近期德國科學家的工作也似乎揭示人類的視覺會受到磁場的些許影響。
這些說法是否都和人類眼睛內隱花色素含量異常增高有關？如果是的話，那么這種奇特的物質是否真的能再人體內發揮量子指南針的作用？拉皮特對這種懷疑非常歡迎。他說：“有關人類其實是可以感知地磁場的說法是完全可能的，或許只是我們之前的驗證方法不對頭。”
但是舒爾特有不同的觀點。他認為人類在進化過程中很有可能已經放棄了地磁場感應的功能，以便延長自己的壽命。他的研究團隊發現隱花色素作為量子指南針工作時需要過氧化物，這是一種氧分子自由基，而在生物體內的自由基會破壞DNA。這對於那些壽命較短的物種，如果蠅當然是沒什麼問題了，但是對於人類這樣要存活數十年的物種來說，可能就會產生問題。 不過無論如何，舒爾特表示：“或許在很久很久之前，在進化進程的某一階段，人類和很多其他動物一樣，曾經擁有過對地磁場的感知能力。”
拉皮特現在已經投入到了有關隱花色素指南針的下一階段的研究工作當中，這次他試圖了解大腦是如何讀取隱花色素指南針的信息的。他說：“在最基本的層面上，我們感興趣的是這些定向信息是如何被傳遞到神經系統的。有關這一問題的答案，現在還無人知曉。”
