我們的身體充滿活力，充滿了蛋白質，這些蛋白質被擠進脂肪膜或漂浮在水細胞中。科學家們現在首次捕捉到了兩者之間的舞蹈：一種以蛋白質和脂肪爲特征的液體探戈，它們通常會在細胞中運動。

伊利諾伊大學香槟分校（UIUC）的材料科學家和工程師陳謙（音譯）領導了這個團隊，他把他們的工作描述爲“電影制作”，他說：“我們正在超越拍攝單個快照，這些快照只能給出結構，而不能給出動力學，我們正在不斷地記錄水中分子的原始狀態。”

“我們可以真正看到蛋白質如何改變它們的結構，在這種情況下，整個蛋白質-脂質自組裝結構如何隨著時間的推移而波動。”

通過調整一種被廣泛使用的成像技術 —— 透射電子顯微鏡，陳謙的團隊捕捉到了液體中膜蛋白“納米盤”的生動舞蹈。這些納米圓盤由嵌入脂質雙分子層的蛋白質組成，脂質雙分子層類似于它們通常所在的細胞膜。

該團隊將他們的方法命名爲“電子錄像”，並將其與原子級別的計算機模型進行比較，驗證了視頻數據的有效性。原子計算機模型是基于物理定律建立的分子運動方式。

考慮到脂質如何將膜結合蛋白固定在適當的位置，人們認爲膜結合蛋白的運動相當有限。然而，研究人員發現，蛋白質和脂質之間的相互作用發生的距離，比之前認爲的要大得多。

膜蛋白是細胞的看門人、傳感器和信號接收器，因此這項技術可能會使我們對膜蛋白工作原理的理解取得巨大進展。

在現有的技術下，蛋白質通常被快速冷凍或結晶，這樣它們就不會移動，不會模糊圖像，也不會被用于成像的X射線或電子束損壞。這就給出了一幅靜態蛋白質的無生命圖景，它通常是折疊和彎曲的，讓科學家們根據它的結構來推斷它是如何與其他分子相互作用的。

另外，一些成像技術使用熒光分子標簽來跟蹤分子的運動，而不是直接觀察蛋白質。

在這種情況下，研究人員將一滴水籠在兩層薄薄的石墨烯中，以保護它免受電子顯微鏡的真空影響。懸浮在水滴中的是由未標記的蛋白質和脂質組成的納米圓盤，研究小組看到它們像在自然水環境中一樣“跳舞”。

至少十年來，材料科學家一直在嘗試拍攝液體中生物分子的活動，但他們無法清楚地觀察到連續的蛋白質動態。

通過對方法進行一些仔細的調整，陳謙和他的同事在幾分鍾內，而不是幾微秒內實時地對蛋白質-脂質組裝進行成像。重要的是，他們減緩了電子穿透樣品的速度，並在石墨烯支架上工作，成功地拍攝了蛋白質-脂質複合物的作用。

“目前，這是拍攝這種運動隨時間變化的唯一實驗方法，”伊利諾伊大學加州分校材料工程研究生約翰史密斯說，他是該論文的第一作者。

“生命是液態的，也是動態的。我們正試圖以實驗的方式獲得這種聯系的最詳細的細節。”

至于其他方面的努力，改進的成像技術正在揭示各種微觀事件的令人難以置信的細節 —— 從觀察病毒的外殼是如何形成的，到捕捉在阿爾茨海默氏症等疾病中蛋白質瞬間坍塌成團塊的過程。

再加上人工智能，可以預測幾乎所有已知蛋白質的3D形狀，生物學研究的新時代似乎已經開啓。

這項研究發表在《科學進展》雜志上。

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