图示摘要。来源：《细胞》（2025）。DOI: 10.1016/j.cell.2024.12.006  

过去几十年间，科学家在理解蛋白质结构方面取得了巨大进展。冷冻电镜和X射线晶体学等成像技术帮助研究者以前所未有的细节解析分子形态。然而，这些工具主要提供静态分子快照。要真正理解蛋白质功能，研究者需要观察其动态过程。  

芝加哥大学与阿贡国家实验室的研究团队多年来致力于解决这一难题。如今，他们与哈佛大学的合作者共同开发出一种实验性新技术，能够拍摄蛋白质运动过程的"电影"。  

这项名为**电场脉冲X射线晶体学（EFX）**的技术通过向蛋白质晶体施加电脉冲触发其运动，同时利用X射线以纳秒级时间分辨率捕捉结构变化。相关成果发表于《细胞》杂志，展示的钾离子通道动态视频验证了过去25年其他研究通过更繁琐生化手段得出的结论，证明EFX将成为解析蛋白质动态的强大工具。  

"根本问题在于，我们从未找到简单实验方法观察蛋白质运动——因为蛋白质极其微小且运动极快，"研究资深作者之一、芝加哥大学生物化学与分子生物学系Joseph Regenstein讲席教授**拉玛·兰加纳坦**博士解释道。他的团队2016年在《自然》首次报道了用电场诱导蛋白质运动并结合时间分辨晶体学成像的方法。  

研究团队将目标蛋白质晶体置于X射线束路径上，通过分析射线散射模式重建三维结构。"时间分辨"意味着连续拍摄蛋白质结构变化过程，捕捉其动态轨迹。  

在完善EFX技术过程中，他们重点研究了钾离子通道——这一参与多种生物过程的基础细胞结构。通过施加电场使离子在通道孔隙中往复运动，研究者成功记录了目标活性过程。  

除了观测离子流动，他们还发现了通道运作中独特的机械特性，与多年间其他研究的多项发现相吻合。不同的是，以往科学家需通过基因突变等耗时方法操纵通道，而EFX仅凭一段视频就完整呈现了离子通道的活性过程。  

"在几纳秒的时间尺度上，我们看到了离子流经通道孔隙的全过程，"兰加纳坦表示，"过去25年积累的知识，如今通过一个通道运行时的动态影像就得以验证。"  

该技术的终极目标是将动态观测与计算模型结合，推动蛋白质工程与设计。兰加纳坦已通过其生物技术公司Evozyne深度参与人工智能驱动的定制蛋白质研发。该平台通过模拟数百万年进化过程，设计出治疗性抗体、工业碳捕集蛋白等特定功能分子。未来，真实或模拟的蛋白质动态影像有望融入模型，为设计优化提供全新维度。