[音乐] 这是一个好玩的实验，Willy
Kuhne 曾经在 1878 年 把光、
房子都搞得很暗，全黑了，留了一个窗户。
把那个兔子放进去，兔子放进去 一段时间以后，把它，棒子把它打死了。
那么把它视网膜拿出来，它的视网膜上居然可以看见那个窗户。
所以后来认为可以用这个方法来破案。
你最后看见谁，你死以前看见谁，就是谁杀了你。
[笑] 但是一般来说没有这么 这个视网膜上看不见这么清晰的，这个，图像。
就是说，感光可以把视网膜给漂白出来一个图像。
感光我们今天知道是 由视杆细胞、 视锥细胞上面 一个蛋白质。
视杆细胞上面这个蛋白质，就 Rhodopsin， 中文叫视紫红质，Rhodopsin
它是 共价键结合的一个小分子，这个小分子 是一个脂质分子，视黄醛。
共价键结合的 视黄醛在有光来的时候，光化学分解， 共价键断裂。
共价键断裂以后，视黄醛就掉掉了，以后觉得它就不干什么事情。
而视紫红质，蛋白质 它本身结构变化以后，构像变化以后会传下
信号去，把光作用于它，它知道来了光，它传阅信号下去。
这是大概的感光过程。
然后视紫红质的发现是很有趣的，是一个还原的过程。
这个还原的过程最早 是在德国。
德国的科学以前是做的很好，生物学里面 有很多重要的，我们遗传，好些工作是德国人做的。
神经，生物学很多重要工作也是德国人做的。
所以 Heinrich Müller
他当时认为之所以视网膜剥下来是带点红红的，
他认为这是因为同时有血管在后面，所以红细胞造成的颜色。
这是他的文章。
但是 Franz Boll
对这个说法进行了实验的检测。
他把暗中分离下来的 视网膜，他也看见跟
Müller 是一样， 是带点红红的。
但是他做了个实验，他说我们给它给光
上去，光上去以后就发现，这个视网膜变得浅黄色，之后就变得相当白。
所以他把这个叫做 visual purple。
这个叫 yellowish，这个叫 visual while。
他说这个不应该是红细胞，
因为红细胞，你拿血来看看，你可以抽点血，血打了光上去，可不会变成黄的再变成白的。
不仅这样，如果放在暗处，后来 Willy Kuhne
做的实验，在暗处的情况下，已经被漂白了的视网膜又会恢复 原来的
purple 或者偏红偏紫的颜色。
所以 Franz Boll 提出来 这是有光学化学反应。
不光提出来有光学化学反应，他说这种光化学反应
的产物或者信号可能就能刺激视神经产生 光感。
所以这是 首先提出来光化学对于神经信号、 视觉信号的重要性。
很可惜，他是因为肺结核在30岁就去世了。
他去世以后， Willy Kuhne
进行了好几年的实验，发了 22 篇的论文。
Willy Kuhne 他继续 Boll
的实验，一部分是证明 漂白了的视网膜可以还原。
同时，这个还原他知道 神经视网膜是不足够的，需要下面的一层叫 retinal
pigment epithelium， 叫视网膜的色素上皮层。
色素上皮层对于漂白恢复是需要的。
另外他就试图分离，纯化在视网膜上分子 会被光所漂白。
所以他就 换不同的生化试剂，然后发现首先怎么样把
神经视网膜和上皮层分开，然后用明矾就可以了。
另外，他还要看怎么样能够拿到上面的感光分子， 然后他最后
是用胆盐提取出来的感光分子。
因为这个会被漂白的感光分子是加了在76度
就会没有，那么他推测可能会是个蛋白质。
他说在光化学的作用下， 光可以分解视紫红质，
而这一光化学反应刺激神经冲动传到大脑。
所以说他最早 分离纯化到大量的视紫红质蛋白质。
视紫红质蛋白质的，蛋白质序列的分析做了很长时间。
在 1983 年的时候，俄国的科学家团队
是把视紫红质，这么长的一个蛋白质的氨基酸序列，完全通过蛋白质化学的方法 分析了它的序列。
俄国的生物学本身相当弱， 它神经生物学有巴甫洛夫，所以神经相当做的好。
以后也有困难，然后它生物学相当弱的原因是它反对
反对孟德尔摩尔根唯心主义遗传学，提倡米丘尔 米丘林、
李森科主义的社会主义、 共产主义生物学，然后用政治的方法压制科学。
这个压制的结果最后是苏联的生物学相当弱，但是在 相当弱的背景下，在视觉系统里面，它们有两个挺重要的工作。
一个是 1983 年的视紫红质蛋白质全序的测序，
而美国 Hargrave 1983 年的这个测序它是推出来的。
因为这个时候，1983 年 已经有分子生物学。
1953 年诞生分子生物学，1970 年代 可以做存储 DNA。
1970 年代末期，1980 年代初期就可以克隆基因。
克隆基因在当时可以，你只要知道一段，一个蛋白质的部分序列， 然后有十几个、
二十几个氨基酸， 那么有二三十个碱基对，用碱基对就可以去筛选
编码蛋白质的基因。
把编码 蛋白质的基因拿到了以后，你通过基因可以推算蛋白质的全长序列。
所以 Hargrave 的这篇文章，它不是所有蛋白质的序列的，而是部分蛋白质序列
然后推出它的基因的部分序列，用这个序列做成探针 去找更长的基因的
DNA，通过 DNA 推出它蛋白质序列。
所以这是 1983 年的两个工作，然后就知道从蛋白质的
N 端 到蛋白质的 C 端有多长，有什么氨基酸。
氨基酸，如果有 19 个左右的氨基酸，大部分都是疏水的话， 它就会形成一个 α 的螺旋。
19、 20 个氨基酸 形成的 α 螺旋就正好是细胞膜的厚度。
所以当你看到有 19、 20 个左右主要是
疏水氨基酸组成的序列就可以预计这是一个跨膜区。
然后根据以前的实验和预计，那么 一个视紫红质蛋白质，它有 7
个跨膜区， 可以知道哪些氨基酸序列是组成跨膜区的。
它有 7
个 跨膜区，7 个跨膜区的这一类蛋白质
叫" 七重跨膜蛋白"，七重跨膜蛋白
研究的最好的、 最早的就是视紫红质。
但是另外还有一些七重跨膜蛋白，它在细胞膜上形成受体，
它是感受化学分子，化学分子作用于一些七重跨膜蛋白受体， 然后也可以传入信号。
这些七重跨膜蛋白 都叫 "GPCR"。
它除了是七重跨膜以外， 它的第三重，第三个胞内段，
可以结合细胞内的所谓小 G 蛋白， 通过小 G 蛋白把信号传下去，所以
GPCR 是 G Protein-Coupled Receptor （G 蛋白偶联受体）。
所以大量的早期工作是用视网，视紫红质做的。
后来对于一些神经递质的受体的 GPCR 也做得很漂亮。
做
高，蛋白质高级结构，前面是从一级结构推出来它大概是 应该怎么跨膜。
真正说高级结构是在三维做，是 1997 年 日本科学家在
Nature 上发了一个冷冻电镜的结构。
1999 年 和 2000 年，用 X
线衍射 来做的，而且做到 1.9 和更高的这个分辨率。
这样就知道 这个蛋白质三维的结构是什么，原子排列是什么。
这里插入这个是 由我另外一篇文章专门笑话诺贝尔奖金委员会。
化学递质作用的 GPCR， 在 2000
年代 Stanford 大学Brian K. Kobilka做了，是做得很漂亮的，所以对于做
化学分子作用的 GPCR Kobilka 毫无疑问是非常重要的。
但是他得诺贝尔奖金的时候，居然视紫红质的工作完全没有得奖。
视紫红质的结构比，是第一类 GPCR。
比化学的做得早，得奖的时候没有他。
视紫红质作为一级结构拿到基因、 拿到蛋白质 是早于嗅觉。
视紫红质我们知道 1983 年知道它的全部的序列。
嗅觉是 1991 年模仿视觉，假设嗅觉系统
感受嗅的分子可能跟视觉系统感受光的分子是
一大类的结构，那么照着眼睛来找鼻子的基因。
找到了，结果这个工作也得了奖。
所以视觉有两次比别人早。
但是诺贝尔奖委员会蠢到那种程度，只能乱发奖。
所以你们以后一定要知道 为什么说我比诺贝尔奖委员会，不是我预计他，是他蠢。
光作用的不是
蛋白质本身，光作用的是视黄醛。
这个发现是美国的 George Wald。
George Wald 在他当年二三十年代的时候， 留学欧洲，留学过三个实验室。
这三个实验室对于他以后自己独立做研究很重要。
然后他的研究在 1933 年的nature，1935 年的
普通物理生理学杂志等发表了一系列文章。
他是看维生素 A 的作用，维生素 A 是别人发现的。
夜盲症就是因为没有维生素 A ，晚上看不见。
然后维生素A之所以跟夜盲症有关系，因为维生素A体内不能合成，是要吃进去的。
所以食物里面如果缺乏维生素 A， 那么我们就会得夜盲症。
维生素 A 就是 视黄醛这一套东西。
然后 George Wald 首先看到 维生素 A 在眼睛在视网膜什么地方，然后再看它是什么作用，然后分析它的化学。
他发现其实维生素 A 至少，视黄醛我们应该说有两个
构象，一个是所有这些位都是 trans，一个是在 11 位上面它是 cis。
顺反，顺反异构，全反型 或者 11-顺型。
然后在光作用的情况下 发生顺反异构，从 11-顺变成全反。
然后这样一变以后，它跟 视紫红质的共价键就掉掉了，本身这个
反应应该是短于 10 的负 13 秒。
是一个很快的反应。
这个反应要发生 多少步，实际上现在没做完。
因为既然发生的这么快，在以前的时候， 只知道这样一个简单的变化，11-顺变成全反。
但是既然他发生那么快，其中更快的话还有更多的步骤，所以 这一部分物理学是没做完的。
或者物理、 化学实际上是有不同的肽，在多少飞秒之内
多少皮秒之内是进行的什么变化，所以作为物理 化学其实还有人在研究。
饶毅教授
