魔法師的學(xué)徒開啟了一個輸水系統(tǒng)，但是卻不能夠停止它，很快水浸沒到了他的脖子，他陷入到困境中。不同于這個無能的學(xué)徒，活細(xì)胞具有更好的設(shè)計：當(dāng)它們激活一種基因時，它們就會將一種系統(tǒng)留作備用來關(guān)閉基因。細(xì)胞不想浪費(fèi)能源來生成它們不再需要的蛋白?？的螤柎髮W(xué)的研究人員在新研究中確定了細(xì)胞利用的兩種機(jī)制，并發(fā)現(xiàn)它們的存在的意義就是為了能快速行動。

康奈爾大學(xué)化學(xué)和化學(xué)生物學(xué)副教授陳鵬（Peng Chen）及同事們將這一研究發(fā)現(xiàn)在線報告在了9月4日的《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）上。陳鵬博士說：“一般的情況時激活子脫落，然后抑制子結(jié)合。我們發(fā)現(xiàn)了兩條更為有效的途徑?！?/SPAN>

研究工作在細(xì)菌中完成，有可能促成新的途徑殺死有害細(xì)菌。它也代表朝了解能夠進(jìn)一步沿著進(jìn)化的階梯應(yīng)用的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控邁出了一步。

發(fā)生在單分子水平有關(guān)的生化過程太小以致無法通過顯微鏡觀察。為了監(jiān)控這些過程，研究人員用熒光分子標(biāo)記了蛋白質(zhì)和DNA結(jié)合位點，當(dāng)它們結(jié)合時會改變熒光強(qiáng)度，因此在生物化學(xué)反應(yīng)發(fā)生時閃光會出現(xiàn)或改變。當(dāng)標(biāo)記分子聚集到一起通過電荷重排觸發(fā)了這一熒光改變，開始時它們是接近的（大約幾個納米）且隨著接近變得原來越亮。通過標(biāo)記蛋白分子的一端，研究人員可通過信號的亮度來說出蛋白質(zhì)在哪個方向結(jié)合了DNA。

研究人員利用了銅對其有毒的細(xì)菌。這些細(xì)菌具有的基因編碼了一種可抓取銅原子，將它們擠出細(xì)胞壁的蛋白。通常一種稱作CueR的蛋白會結(jié)合到這些基因位點前的染色體上，使得DNA變形，防止基因被轉(zhuǎn)錄。當(dāng)銅原子結(jié)合到CueR上時，它改變了它的構(gòu)象，使得酶能夠轉(zhuǎn)錄基因生成保護(hù)性蛋白。

當(dāng)銅威脅去除時，在細(xì)胞液中循環(huán)的另一種形式CueR替代了銅修飾形式關(guān)閉了基因。通過觀察和定時這一反應(yīng)，康奈爾大學(xué)的研究人員確定了支路蛋白或是將結(jié)合蛋白推出了道路或是幫助了它分離，然后移動到空著的空間。研究人員證實相比于等待激活子自己離開要快70倍。有可能細(xì)菌利用了相似的方法來關(guān)閉對抗其他有害金屬的保護(hù)，他們說。

研究還表明CueR蛋白可以以兩種不同的方向結(jié)合到DNA上，并自發(fā)地在它們之間翻轉(zhuǎn)不需要完全分離。在一個方向上它至結(jié)合在它應(yīng)該控制的特異基因上。在另一個方向它非特異性地附著到DNA上。研究人員認(rèn)為這有可能使得蛋白更容易到達(dá)快速需要它的位點，通過附著到DNA鏈上，沿著它滑動找到特異的位點，然后轉(zhuǎn)動到工作模式。

這一研究主要是由美國國家衛(wèi)生研究院以及國家科學(xué)基金支持。