陽光是地球上所有生物過程的驅動力。為了使生物時鐘與自然晝夜更替同步，大多數生物依賴一種稱為隱花色素（cryptochrome）的感光蛋白質。本研究中，化學系馬左仲助理教授的研究團隊運用時間解析序列飛秒晶體學（TR-SFX）技術，記錄了一部隱花色素在光感應及後續結構變化過程的3D分子電影，涵蓋從照光後10奈秒到233毫秒的時間範圍。
這部分子電影（見下方連結）說明了隱花色素如何在接受光刺激後充當訊號放大器的角色：其內部的黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）發色團在極短時間內產生微小的結構變化，進而引發大規模的結構轉變。在最初的光化學反應中，FAD被蛋白質光還原，形成FAD•–/Y373• 自由基對。該自由基對活化了三個關鍵蛋白區域：FAD 結合位點、短暫質子轉移通道（TPP）以及鄰近 Y373 的 α22 螺旋。
照光後數奈秒，FAD 結合位點利用氫鍵穩定自由基對。此氫鍵開關在數微秒內活化 TPP，將質子傳遞至 FAD•– 自由基，使自由基對的壽命延長至毫秒尺度。最終，在數毫秒後，Y373• 自由基長時間存在於 α22 螺旋附近，導致該螺旋如絲帶般解開，形成明顯的光感應訊號，代表隱花色素成功偵測光線。
此研究成果對於揭示自然界中光觸發機制提供前所未有的深入見解。此外，透過短暫自由基對的形成所進行的電荷分離反應，亦是氧化磷酸化、光合作用及生物磁感應等過程的核心機制。因此，隱花色素的分子作用機制可作為一種模型系統，幫助我們深入理解這些在生物物理化學中極為重要的基本原理。
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- Prof. Dr. Manuel Maestre-Reyna
- Department of Chemistry, National Taiwan University
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