隱花色素

隱花色素是于1993年被發(fā)，意指感受藍(lán)光和近紫外光的能力(330—390nm)該地區(qū)的光接收器。隱花色素 (Cryptochrome)或稱藍(lán)光/紫外光-A受體（Cryptochrome or blue/UV-A   receptor)植物對(duì)藍(lán)光誘導(dǎo)的反應(yīng)是不同于光敏色素的另一種吸光色素系統(tǒng)。在藻類、真菌、苔蘚、在蕨類植物和種子植物中

隱花色素

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)隱色素的存在。哺乳動(dòng)物、昆蟲(chóng)中存在編碼隱色素蛋白的同源基因據(jù)國(guó)外報(bào)道，隱花色素可能在鳥(niǎo)類遷徙行為中起定向作用。

藍(lán)光受體分類

隱花色素

目前公認(rèn)的藍(lán)光受體是隱花色素（Cryptochrome）和向光素（Phototropin）兩種。隱花色素、和光敏色素一樣，向光性色素是色素和蛋白質(zhì)的復(fù)合體，脫輔基蛋白由多基因家族編碼。

分子組成

隱花色素是一種藍(lán)光（400 ~ 500 nm）和近紫外光（320 ~ 400 nm）分子量為70~80KD的黃素蛋白，發(fā)色團(tuán)可能是黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）和蝶呤（pterin）

分子一般由兩部分組成：一個(gè)是色素，也就是發(fā)色團(tuán)，接收光信號(hào)；第二種是脫輔基蛋白，它對(duì)發(fā)色團(tuán)感受到的光信號(hào)做出反應(yīng)，并將反應(yīng)信號(hào)傳遞給光感受器下游的信號(hào)傳遞體，觸發(fā)某種生理反應(yīng)。

隱花色素在植物中普遍存在、動(dòng)物、以及所有高等真核生物。大多數(shù)植物中存在多種隱花色素，如擬南芥中就有cry1和cry2兩種隱花色素基因。番茄和大麥至少含有cry1acry1b和cry2三種隱色素基因cry1在光照下分解迅速，而cry2相對(duì)穩(wěn)定。

不同隱花色素的C端長(zhǎng)度差異很大，藻類為380 AA，擬南芥cry1為190 AA，cry2為120 AA。

脫輔基蛋白去除后總有兩個(gè)主要結(jié)構(gòu)域，即N端結(jié)構(gòu)域和C端結(jié)構(gòu)域。N端結(jié)構(gòu)域由約500個(gè)AA殘基組成，其序列與DNA光解酶相似，但不具有 DNA修復(fù)活性，故又稱為PHR結(jié)構(gòu)域。 PHR和發(fā)色團(tuán)黃素腺嘌呤二核苷酸FAD和N，N亞甲基-5，6，7，8四氫葉酸是接收光信號(hào)的區(qū)域。

c端是信號(hào)輸出區(qū)，有三個(gè)可識(shí)別的序列基序：n端附近的DQXVP序列、酸性AA殘基（E或D）區(qū)域、以及c端的STAES和GGXVP序列，所以也叫DAS（DQXVP-acidic-STAES）結(jié)構(gòu)域。DAS主要負(fù)責(zé)核定位分子穩(wěn)定性翻譯后修飾以及與蛋白質(zhì)的相互作用。在cry3中，DAS區(qū)域位于n端。

隱花色素分子的機(jī)理類似于光敏色素分子的機(jī)理。隱花色素分子通常以二聚體的形式存在，其N端PHR結(jié)構(gòu)域是二聚體形成的位點(diǎn)。在藍(lán)光照射下，隱花色素分子的毛團(tuán)FAD發(fā)生分子內(nèi)電子轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致二聚體變構(gòu)和C端磷酸化，從而激活下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，引發(fā)生理反應(yīng)。

不同的藍(lán)光反應(yīng)信號(hào)通路不同。例如，在藍(lán)光調(diào)控的氣孔開(kāi)度中，負(fù)調(diào)控因子COP1是與隱花色素相互作用的下游信號(hào)成分。

Cry1、Cry2定位于細(xì)胞核，cry3定位于葉綠體和線粒體。

隱花色素具有磷酸化作用，參與植物代謝、形態(tài)發(fā)生和向光性反應(yīng)。

隱花色素在藍(lán)紫色區(qū)域有三個(gè)吸收峰（通常在420納米、450nm、480nm左右），即呈“三指”圖案。在紫外光附近約370nm處有一吸收峰。

不同植物的藍(lán)光效應(yīng)光譜略有不同。判斷光控反應(yīng)是否含有隱花色素的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是：在400~500nm范圍內(nèi)有一個(gè)三指峰，在370nm附近有一個(gè)峰。

科學(xué)家們?cè)缇椭溃｝斞嘧雍推渌枰L(zhǎng)途遷徙的動(dòng)物可以看到地球 的磁場(chǎng)，但實(shí)際上這種能力似乎存在于人的眼中。

隱花色素是一種蛋白質(zhì)，對(duì)磁場(chǎng)的感知非常關(guān)鍵最近在果蠅身上的實(shí)驗(yàn)取得了驚人的結(jié)果：人的眼睛含有同樣效果的物質(zhì)。

毫無(wú)疑問(wèn)，果蠅與人類有很大的不同，但這個(gè)實(shí)驗(yàn)揭示的結(jié)果確實(shí)令人印象深刻。斯蒂芬·拉皮特(Steven   reporter)是美國(guó)馬薩諸塞大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家，他說(shuō)：人眼也有隱色素蛋白能否在人類視網(wǎng)膜中表達(dá)？It 它就像一個(gè)光敏磁性接收器？Lapit是發(fā)表在《自然》雜志上的這篇論文的第一作者。他說(shuō)：我們不我不知道這一過(guò)程是否會(huì)發(fā)生在人類的視網(wǎng)膜上，但它確實(shí)表明了一種可能性。

Lapit s實(shí)驗(yàn)室專門研究長(zhǎng)距離遷徙蝴蝶背后的生物機(jī)制。三年前，他們?cè)诠ぷ髦邪l(fā)現(xiàn)果蠅可以用隱花色素實(shí)現(xiàn)定向。

在此之前，隱花色素有助于定向的想法一直處于猜想和假設(shè)階段。但是科學(xué)家們很快發(fā)現(xiàn)這種蛋白質(zhì)似乎有一種魔力“量子指南針”來(lái)感知電子在光子沖擊下由于磁場(chǎng)變化的影響而產(chǎn)生的極其微弱的旋轉(zhuǎn)變化。從而幫助動(dòng)物判斷地磁場(chǎng)的方向。

當(dāng)然隱花色素的理論研究還有很大的缺陷，但一般認(rèn)為這種物質(zhì)存在于各種動(dòng)物中，從魚(yú)類到爬行動(dòng)物到鳥(niǎo)類。但是人類是個(gè)例外我們確實(shí)有隱色素，但我們似乎更多地將它作為我們生物鐘的一部分，而不是指南針。

這項(xiàng)研究的結(jié)果表明，隱花色素在人體內(nèi)的作用可能不僅限于生物鐘。為了弄清楚脊椎動(dòng)物體內(nèi)的隱色素物質(zhì)是否會(huì)在果蠅身上發(fā)揮作用，Lapit教授決定用人類的隱色素物質(zhì)來(lái)進(jìn)行果蠅實(shí)驗(yàn)。他的團(tuán)隊(duì)首先對(duì)果蠅進(jìn)行生物工程改造，使其失去自身的隱色素。然后把它放進(jìn)一個(gè)人工磁場(chǎng)的迷宮里。實(shí)驗(yàn)者發(fā)現(xiàn)果蠅在四處游蕩，努力尋找自己的方向，但似乎根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)定向。然后研究人員將人類隱色素植入其中，當(dāng)他們?cè)俅巫鰧?shí)驗(yàn)時(shí)，他們很快找到了方法。

克勞斯·舒爾特(Klaus   Schulten)是美國(guó)伊利諾伊大學(xué)的生物物理學(xué)家他是隱色素研究的先驅(qū)，但他沒(méi)有參與Lapit 的研究工作。他評(píng)價(jià)說(shuō)：這篇論文非常激動(dòng)人心。舒爾特稱，這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步支持了脊椎動(dòng)物中隱色素具有相同功能的理論，當(dāng)然也對(duì)人類隱色素的功能提出了質(zhì)疑。

拉皮特表示：我們可以 不能說(shuō)隱色素對(duì)人類也有效，但它對(duì)果蠅有效。人類能否感知地磁場(chǎng)，這本身就是一個(gè)有爭(zhēng)議的話題。20世紀(jì)80年代，英國(guó)動(dòng)物學(xué)家羅賓·貝克(Robin   Baker)提出人類可以感知地磁場(chǎng)，但是他的發(fā)現(xiàn)很難復(fù)制，所以沒(méi)有被科學(xué)界接受。德國(guó)科學(xué)家最近的工作似乎也揭示了人類的視覺(jué)會(huì)受到磁場(chǎng)的輕微影響。

這些說(shuō)法是否與人眼隱性花青素含量異常增加有關(guān)？如果是的話，這種奇怪的物質(zhì)真的能在人體內(nèi)起到量子羅盤的作用嗎？拉皮特非常歡迎這種懷疑。他說(shuō)：完全有可能說(shuō)人類其實(shí)是可以感知地磁場(chǎng)的，或許只是我們之前的驗(yàn)證方法錯(cuò)了。

但是舒爾特有不同的看法。他認(rèn)為，人類在進(jìn)化過(guò)程中很可能是為了延長(zhǎng)壽命而放棄了地磁感應(yīng)的功能。他的研究小組發(fā)現(xiàn)，隱花色素在作為量子羅盤工作時(shí)需要過(guò)氧化物，這是一種氧分子自由基，生物體內(nèi)的自由基可以破壞DNA。對(duì)于那些壽命很短的物種來(lái)說(shuō)，如果蒼蠅當(dāng)然沒(méi)問(wèn)題，但是對(duì)于像人類這種要生存幾十年的物種來(lái)說(shuō)，可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。但無(wú)論如何，舒爾特說(shuō)：或許在很久以前，在進(jìn)化過(guò)程的某個(gè)階段，人類和其他許多動(dòng)物一樣，曾經(jīng)擁有感知地磁場(chǎng)的能力。

Lapit現(xiàn)在已經(jīng)投身于隱色素羅盤的下一階段研究這一次，他試圖理解大腦是如何讀取隱花色素羅盤的信息的。他說(shuō)：在最基本的層面上，我們感興趣的是這些方向性信息是如何傳遞到神經(jīng)系統(tǒng)的。這個(gè)問(wèn)題的答案還是未知。