我们的身体充满活力，充满了蛋白质，这些蛋白质被挤进脂肪膜或漂浮在水细胞中。科学家们现在首次捕捉到了两者之间的舞蹈：一种以蛋白质和脂肪为特征的液体探戈，它们通常会在细胞中运动。

伊利诺伊大学香槟分校（UIUC）的材料科学家和工程师陈谦（音译）领导了这个团队，他把他们的工作描述为“电影制作”，他说：“我们正在超越拍摄单个快照，这些快照只能给出结构，而不能给出动力学，我们正在不断地记录水中分子的原始状态。”

“我们可以真正看到蛋白质如何改变它们的结构，在这种情况下，整个蛋白质-脂质自组装结构如何随着时间的推移而波动。”

通过调整一种被广泛使用的成像技术 —— 透射电子显微镜，陈谦的团队捕捉到了液体中膜蛋白“纳米盘”的生动舞蹈。这些纳米圆盘由嵌入脂质双分子层的蛋白质组成，脂质双分子层类似于它们通常所在的细胞膜。

该团队将他们的方法命名为“电子录像”，并将其与原子级别的计算机模型进行比较，验证了视频数据的有效性。原子计算机模型是基于物理定律建立的分子运动方式。

考虑到脂质如何将膜结合蛋白固定在适当的位置，人们认为膜结合蛋白的运动相当有限。然而，研究人员发现，蛋白质和脂质之间的相互作用发生的距离，比之前认为的要大得多。

膜蛋白是细胞的看门人、传感器和信号接收器，因此这项技术可能会使我们对膜蛋白工作原理的理解取得巨大进展。

在现有的技术下，蛋白质通常被快速冷冻或结晶，这样它们就不会移动，不会模糊图像，也不会被用于成像的X射线或电子束损坏。这就给出了一幅静态蛋白质的无生命图景，它通常是折叠和弯曲的，让科学家们根据它的结构来推断它是如何与其他分子相互作用的。

另外，一些成像技术使用荧光分子标签来跟踪分子的运动，而不是直接观察蛋白质。

在这种情况下，研究人员将一滴水笼在两层薄薄的石墨烯中，以保护它免受电子显微镜的真空影响。悬浮在水滴中的是由未标记的蛋白质和脂质组成的纳米圆盘，研究小组看到它们像在自然水环境中一样“跳舞”。

至少十年来，材料科学家一直在尝试拍摄液体中生物分子的活动，但他们无法清楚地观察到连续的蛋白质动态。

通过对方法进行一些仔细的调整，陈谦和他的同事在几分钟内，而不是几微秒内实时地对蛋白质-脂质组装进行成像。重要的是，他们减缓了电子穿透样品的速度，并在石墨烯支架上工作，成功地拍摄了蛋白质-脂质复合物的作用。

“目前，这是拍摄这种运动随时间变化的唯一实验方法，”伊利诺伊大学加州分校材料工程研究生约翰史密斯说，他是该论文的第一作者。

“生命是液态的，也是动态的。我们正试图以实验的方式获得这种联系的最详细的细节。”

至于其他方面的努力，改进的成像技术正在揭示各种微观事件的令人难以置信的细节 —— 从观察病毒的外壳是如何形成的，到捕捉在阿尔茨海默氏症等疾病中蛋白质瞬间坍塌成团块的过程。

再加上人工智能，可以预测几乎所有已知蛋白质的3D形状，生物学研究的新时代似乎已经开启。

这项研究发表在《科学进展》杂志上。

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