近日，一項(xiàng)發(fā)表于《自然》的研究報(bào)道了細(xì)長(zhǎng)聚球藻這種藍(lán)細(xì)菌產(chǎn)生的一種酶——檸檬酸合酶，可以自我組裝形成謝爾賓斯基三角形。這是一種在較小尺度上重復(fù)的數(shù)學(xué)分形。
分形簡(jiǎn)單來(lái)講就是一個(gè)幾何形狀，它可以分成數(shù)個(gè)部分，分出來(lái)的每一部分與這個(gè)幾何形狀整體縮小后的形狀近似，即具有自相似性。宏觀(guān)尺度的分形在自然界中普遍存在，如寶塔菜花或蕨類(lèi)植物的葉片。但迄今，人們從未在分子尺度上識(shí)別出規(guī)則的分形。
檸檬酸合酶是大多數(shù)生物體內(nèi)三羧酸循環(huán)的一部分。而三羧酸循環(huán)是一系列產(chǎn)生能量的化學(xué)反應(yīng)，是需氧生物體內(nèi)普遍存在的代謝途徑。
德國(guó)馬克斯·普朗克陸地微生物研究所的Georg Hochberg和同事發(fā)現(xiàn)，細(xì)長(zhǎng)聚球藻產(chǎn)生的檸檬酸合酶以一種不同尋常的構(gòu)形存在，即謝爾賓斯基三角形，它由很多個(gè)形狀一樣的三角形組成。
檸檬酸合酶由一個(gè)單體組成，可以組裝成不同的形狀。Hochberg團(tuán)隊(duì)通過(guò)電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)，在細(xì)長(zhǎng)聚球藻中，檸檬酸合酶可以組裝成包含6個(gè)單體的三角形，它可以與另外兩個(gè)6單體組成的三角形結(jié)合，形成包含18個(gè)單體的三角形，這個(gè)三角形還可以與另外兩個(gè)與其相同的三角形結(jié)合，形成包含54個(gè)單體的三角形，最終形成了類(lèi)似謝爾賓斯基三角形的形狀。
通過(guò)將分形酶的基因序列與其他菌進(jìn)行比較，研究人員追溯了其進(jìn)化史，發(fā)現(xiàn)它最終只存在于細(xì)長(zhǎng)聚球藻這一種藍(lán)細(xì)菌中。他們雖然懷疑檸檬酸合酶自組裝成分形可能細(xì)長(zhǎng)聚球藻給帶來(lái)了一些進(jìn)化優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)驗(yàn)中，去除這種酶不會(huì)出現(xiàn)任何明顯的效果。“細(xì)長(zhǎng)聚球藻似乎并不在乎它是否存在?！毖芯繄F(tuán)隊(duì)成員Franziska Sendker說(shuō)。
“也許自然界中可能有更多這種復(fù)雜分形形狀，只是因?yàn)槿藗冞€沒(méi)有真正尋找過(guò)它們。”英國(guó)牛津大學(xué)的Ard Louis說(shuō)，“分形很簡(jiǎn)單，它們應(yīng)該相對(duì)容易進(jìn)化出來(lái)。即使不具有適應(yīng)性，它們也很可能廣泛存在于蛋白質(zhì)復(fù)合物中?！?/span>
德國(guó)達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)的Nico Bruns認(rèn)為，可以嘗試將其組合成三維形狀，作為一個(gè)具有明確內(nèi)部和外部邊緣的納米尺寸容器，設(shè)計(jì)出蛋白質(zhì)籠或膠囊，可以用來(lái)封裝和釋放其他分子。
