蓝细菌有一个强有力的昼夜节律振荡器，称为Kai系统，是由KaiC, KaiB和KaiA三种蛋白质组成，在ATP的存在下，可以计时。KaiC六聚物在一个昼夜24小时进行自体磷酸化，并与不同数目的KaiB和KaiA结合成不同的形式。Science发表文章对Kai系统进行了研究，研究通过质谱分析进行监控，研究定量的KaiCB与KaiCAB的组装。研究数据揭示了Kai蛋白之间的相互作用，并为研究蛋白振荡器的规律组装提供的结构基础。

　　从蓝细菌到动物，许多生命体都进化有内在生物钟适应地球的昼夜循环。这些生物钟使得基因表达和代谢的节律周期约为24小时。许多昼夜节律依赖于复杂的转录-翻译调解网络，蓝细菌和人类红细胞中的生物钟为转译后节律振荡器，稍微简单。蓝细菌的节律振荡器——Kai系统由KaiC, KaiB和KaiA三种蛋白质组成，非常稳定，可以通过在ATP存在的情况下孵化纯化的KaiC, KaiB和KaiA蛋白进行重组，这种体外节律振荡器可以稳定保持几周。　
　　Kai系统中的三种蛋白质通过与KaiC的自身磷酸化与脱磷酸化相关的动态组装形成KaiCB和KaiCBA复合体形成昼夜节律。单个的Kai系统蛋白质的原子结构已经明确，但复合体的结构尚不明确。KaiB在溶液中可以单体、二聚体和四聚体的形式存在，KaiB六聚体可以与KaiC六聚体结合，但KaiB与KaiC的结合域尚不明确。
　　实验中通过在30摄氏度的条件下一定摩尔配比的三种蛋白质反应，通过质谱分析研究该条件下Kai蛋白质的组装。通过摩尔配比的调整和实验条件的改变，最终得到了KaiC₆B₆A₁₂ 和 KaiC₆B₆两种组装，通过冷冻电子显微镜获得两种复合体的原子结构模型，如图1。



图1 Cryo-EM map and pseudoatomic model of the KaiCBA complex.

　　在实验的基础上，研究人员提出了体外Kai系统的在ATP存在情况下的组装模式，如图2所示。该模型可以作为进一步研究蓝细菌细胞生物钟的框架。

　　


　　图2蓝细菌生物钟周期性组装的结构基础

　　(A) 昼夜循环中单个Kai蛋白的过渡结构(B) KaiCBA振荡器的分子结构。磷酸化作用是的KaiB单体结合到KaiC的C1区域，形成KaiCB复合体(II). KaiCB为KaiA的结合提供基础，进一步形成KaiCBA复合体(III). KaiA簇促使KaiC自动脱磷酸化，通过释放KaiBA亚基，重新产生KaiC单体(IV).

　　原文链接：http://science.sciencemag.org/content/355/6330/1181.full

编译 苏郁洁