【摘要】 在Du等人[1]的研究中，使用瞬态荧光光谱来表征鸟类隐花色素的弱磁场效应。

隐花色素是一种在大多数生物体中发现的黄素蛋白。它们与DNA光解酶具有高度的序列同源性和结构相似性，但缺少DNA修复活性。隐花色素结合黄素腺嘌呤二核苷酸 （FAD） 辅因子，充当蓝光受体并控制许多重要的生物过程，例如动物的昼夜节律和植物的光调节发育。基于自由基对机制（RPM）的考虑，隐花色素被认为参与了候鸟的磁感应。在隐花色素中，一个被广泛讨论的化学罗盘模型是由辅因子 FAD 和色氨酸 （Trp） 残基的保守三联体之间的电子转移形成的自由基对，而以前的研究还提出了另一个由 FAD 和分子氧反应形成的候选自由基对。

 

尽管理论考虑不支持超氧化物和双氧的参与，但哪种自由基对对隐花色素磁接收至关重要仍然是一个悬而未决的问题。近年来，大肠杆菌DNA光解酶和拟南芥隐花色素自由基对的光化学反应受到毫特斯拉水平的外部磁场的影响。他们的研究结果还表明，磁敏感性是隐花色素/光解酶蛋白家族的一般特征。然而，鸟类隐花色素尚未被证明对体外磁场敏感。从未证明地球强度磁场可以在生理温度下在隐花色素中的光诱导自由基对反应中产生可检测的变化。

 

在Du等人[1]的研究中，使用瞬态荧光光谱来表征鸟类隐花色素的弱磁场效应。使用一对 Helmholtz 线圈（半径 120 mm）产生 45 lT 至 300 lT 的外部磁场，用于安装分光光度计的样品腔（图 1）。将样品（约 250 lL）保存在样品池中心的石英比色皿（10 mm 光程长度）中，以确保样品位置施加的磁场是对称的。样品没有被屏蔽在地球磁场之外。

 

在样品位置施加的磁场由通过线圈的电子电流控制，由高灵敏度三维霍尔传感器确定，在这一系列磁场中监测瞬态荧光光谱。从信鸽 (Columba livia) 的视网膜中克隆了隐花色素 1 基因 (clCRY1)，在昆虫 Sf9 细胞中表达它，并监测荧光激发和发射光谱。当在 520 nm 处监测发射时，激发光谱显示 380 nm 和 450 nm 处有两个峰，这是完全氧化 FAD 的特征（图2A）。

 

该结果与纯化的 gwCRY1a 一致。此外，激发波长为 428 nm 的发射光谱在 520 nm 处达到最大值（图2B），这也揭示了 FAD 辅因子的存在。在磁场效应实验之前，以PBS缓冲液中的黄素腺嘌呤二核苷酸（FADox）和葡萄糖氧化酶（GOD）为对照，监测了clCRY1、FADox和GOD的瞬态荧光，线圈中没有电子电流（图2C）。3个样品的荧光光谱主要归因于FAD，但样品的衰减不同。衰变的区别在于FAD辅因子位于不同的微环境中，并执行由光激发诱导的不同光反应。观察到 clCRY1 的瞬态荧光光谱对室温下施加的磁场敏感，为基于隐花色素的体外鸟类磁感受模型提供了新的证据。

 

图1. 用于测量磁场对clCRY1时间分辨荧光光谱的影响的实验布置图示[1]

 

图2. clCRY1和对照样品的荧光光谱。（A） 从300 nm到500 nm扫描的荧光激发，发射波长为510 nm。（B） clCRY1在428 nm处激发的荧光发射光谱。（C） clCRY1（红色，固体）、FADox（蓝色，短虚线）和GOD（绿色，虚线点）的归一化瞬态荧光光谱;IRF（黑色虚线）表示仪器响应频率[1]

 

[1] Xian‐li Du, Wang J ,Wei‐song Pan,et al. Observation of Magnetic Field Effects on Transient Fluorescence Spectra of Cryptochrome 1 From Homing Pigeons[J]. Photochemistry & Photobiology, 1900, 90(5).

 

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