圖：馬達(dá)轉(zhuǎn)向調(diào)控的理論模型（整個調(diào)控環(huán)有 34 個調(diào)控單元）a. 平衡態(tài)模型中單個調(diào)控單元的自由能級圖。每個單元可處于逆時針 （CCW） 或順時針 （CW） 態(tài)，并有一個信號蛋白 CheY- P 的結(jié)合位點。b. 在平衡態(tài)模型中，相鄰態(tài)之間的轉(zhuǎn)換速率滿足細(xì)致平衡。c. 馬達(dá)力矩提供了非平衡能量輸入，增加了 CCW 和 CW 態(tài)之間的能量間隔。d. 非平衡能量輸入破壞了細(xì)致平衡，導(dǎo)致凈反應(yīng)速率流。

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近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實驗室及物理系的袁軍華、張榕京課題組，在細(xì)菌運動行為研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌鞭毛轉(zhuǎn)向別構(gòu)調(diào)控中的非平衡因素，研究成果以 Non-equilibrium effect in the allosteric regulation of the bacterial flagellar switch 為題，發(fā)表在《自然 - 物理》（Nature Physics, doi:10.1038/nphys4081）上�！蹲匀� - 物理》在同期的“新聞視角”（News ａnd Views）欄目，專門配發(fā)了題為 Biomolecular switches: Driven to peak 的評論文章。

別構(gòu)調(diào)控是指蛋白質(zhì)復(fù)合體 （protein complex） 的一個位點結(jié)合效應(yīng)因子 （effector） 后，通過長程構(gòu)象變化來影響其它位點功能的現(xiàn)象。這是在生命現(xiàn)象中廣泛存在的一個重要調(diào)控機制，普遍存在于酶的活性調(diào)節(jié)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的受體活性調(diào)節(jié)、離子通道調(diào)控、基因表達(dá)調(diào)控等重要生理過程中。別構(gòu)調(diào)控這一現(xiàn)象通常是由平衡態(tài)模型來描述的。作為細(xì)菌運動行為基礎(chǔ)的鞭毛馬達(dá)轉(zhuǎn)向調(diào)控，就是一個典型的別構(gòu)調(diào)控過程。*近幾十年來，人們一直在為這個調(diào)控過程是否有非平衡因素（外部能量輸入）而各持己見、爭論不休。該團(tuán)隊通過發(fā)展新的實驗手段，系統(tǒng)測量了馬達(dá)在各種實驗條件下的轉(zhuǎn)向改變動力學(xué)行為，明確地發(fā)現(xiàn)這個調(diào)控過程中的非平衡因素，并進(jìn)一步提出了非平衡態(tài)模型，提出這個非平衡過程的能量輸入機制，解決了這個長期以來的爭議。

這個非平衡機制的發(fā)現(xiàn)，也揭示了細(xì)菌鞭毛馬達(dá)的力感應(yīng)機制。該研究發(fā)現(xiàn)，雖然馬達(dá)的能量輸入僅有約 0.2% 用于別構(gòu)調(diào)控，卻很大程度上提高了馬達(dá)對信號蛋白的靈敏度。這個發(fā)現(xiàn)對其它生物大分子機器的研究也有啟發(fā)，預(yù)計在其它生物大分子機器中也會有這種將部分能量輸入用于功能調(diào)控的非平衡現(xiàn)象。