MPMS协助北大谢灿课题组发现磁感应蛋白：或揭开“第六感”之谜

发布日期：2019-12-10

    2015年11月16日，北京大学生命科学学院的谢灿课题组在Nature Materials（Nature Materials  15, 217–226 (2016) | doi:10.1038/nmat4484）杂志在线发表论文，报道了一个全新的磁受体蛋白（MagR），该突破性进展或将揭开被称为生物“第六感”的磁觉之谜，并推动整个生物磁感受能力研究领域的发展。    在该文章中作者提出了一个基于蛋白质的生物指南针模型（Biocompass model）。该模型认为，存在一个铁结合蛋白作为磁感应受体（Magnetoreceptor，MagR），该蛋白通过线性多聚化组装，形成了一个棒状的蛋白质复合物（Magnetosensor），就像一个小磁棒一样有南北极，通过MPMS综合物性测量系统对该MagR受体的微弱磁性进行了检测。

    蛋白质的生物指南针模型（图片来源：Siying Qin et al. Nature Materials 15, 217–226 (2016)）    生物物理学和物理学实验证明，MagR蛋白复合物具有很明显的内禀磁矩，能通过磁场在实验室富集和纯化得到。作者不仅从物理性质上测量了该蛋白在溶液状态下的磁性特征，还通过电镜观察到MagR蛋白质复合物能感应到微弱的地球磁场（在北京大致为0.4高斯），并沿着地球磁场排列。人工增强磁场强度可以导致这种排列更加有序。实验中也观测到了蛋白质晶体呈现极强的磁性，能明显被铁磁物质吸引，当外界磁场突然反向时，蛋白质棒状复合物会发生180°跳转。作者推测该蛋白质复合物磁性的物理基础可能基于MagR蛋白在棒状多聚复合物的轴线上铁原子的有序排列以及在由铁硫簇形成的平行“铁环”中可能存在环形电流。

 
在MPMS磁学性质测量系统上测得的MagR磁学数据 （图片来源：Siying Qin et al. Nature Materials 15, 217–226 (2016)）   

    值得一提的是该MagR的极其微弱亚铁磁性在Quantum Design MPMS XL-1 1T的主机系统上检测出来，给磁感应蛋白的理论提供了强有力的实验数据支撑。MPMS综合磁性测量系统为此次生物医学的突破做出了巨大贡献，同时也意味着MPMS磁学测量系统的将拓展到更多更广泛的应用领域，为广大科研工作者提供更多帮助。