Cell：mRNA，蛋白与代谢的协奏曲

　　

生物通报道：我们每个人心中都应该有一张时间表，什么时候该做什么，只不过有的人能坚持按照时间表来做自己的时候，有的人则无法做到。然而对于细胞来说，它们的时间表自细胞生成那天起就决定了，了解这一时间表能帮助我们理解细胞生长和与其它细胞沟通的方式。最新一期（3月10日）Cell杂志整理了细胞进程的各种数据。

上篇：Cell综述：细胞进程的时间表

什么决定了细胞组件半衰期？

细胞成分，如代谢产物、 mRNA和蛋白都有不同的周期时间表，细胞池中单个代谢产物的半衰期取决于代谢池大小与代谢通量之间的比率，mRNA的半衰期则是由核酸酶降解半衰期决定的，而蛋白更为稳定，通常是要比实验室中快速倍增时间要慢一些降解，不过在细胞分裂过程中蛋白含量会减少，为此细胞也会进行一些补救措施，如快速调节蛋白水解过程。

在体内蛋白代谢是一个动态过程，即在合成机体组织新蛋白质的同时，原有的组织蛋白可被降解成氨基酸，降解形成的氨基酸又可以用于合成组织蛋白从而实现组织蛋白的不断更新替换。这种蛋白质就始终处于一个动态平衡体系中。Waterlow在1978年用“蛋白质周转”（protein turnover）这一术语来描述蛋白质在体内的动态变化。蛋白质周转代谢是生物表现生命活动力的重要动力学过程。

近期研究人员开发出了一种双荧光蛋白质周转分析(ProTA)技术，并应用这一技术定量绘制出了在BTZ诱导蛋白酶体抑制的情况下人类蛋白质降解组的整体变化。这为绘制人类蛋白质降解组图谱，阐明药物作用及耐药潜在机制提供了一种新工具，有可能推动开发出靶向蛋白内稳态的治疗方法来治疗一些人类疾病。中科院Cell Res绘制人类蛋白质降解组图谱

哺乳动物细胞比细胞细胞慢吗？

细菌和哺乳动物细胞具有相似的物理和化学参数，如扩散系数，RNA聚合酶和核糖体之间的比例等。但是由于哺乳动物细胞体积更大，基因长度也更长，因此功能时间表也会相应的延长。举例来说，1μ m大小细菌细胞的一个蛋白在细胞中的扩散只需要0.1秒，而10μ m 的哺乳动物细胞则需要10秒。

同样，细菌平均的基因为1kb长，因此转录需要大约1分钟；哺乳动物基因平均为10kb长，需要10分钟。还有类似的时间表也会由于额外的细胞内进程而受到影响，这些关键的进程在细菌中1秒能完成，哺乳动物则需要1分钟。

蛋白如何及时穿过神经元

一个蛋白要从轴突一角到达1厘米长神经元的胞体位置，可能存在两种主要机制。首先是扩散(D≈10 μm²/s)，这大约需要花费一个月时间（R2/D），另外一种就是利用分子马达，分子马达的速度大约为1 μ m/s ，可以在几小时内运输蛋白达到目的地。在超过一米长的神经元中（人体和长颈鹿都有）即使用了分子马达，这个过程也需要几天的时间。

哈佛大学的一项研究提出过一种新的细胞质模型，指出就像用勺子搅动咖啡里的糖一样，细胞机器的运行让细胞质里的悬浮颗粒无法平静。细胞质的波涛主要是由分子马达反复拉动肌动球蛋白（actomyosin）引起的，不过其它酶促活动也能掀起波澜。

研究人员认为分子马达和酶促反应的活性改变，会影响细胞质硬度和物质运输的容易程度。而细胞质的改变又会进一步影响下游的细胞活性。波涛汹涌的细胞质

 

原文摘要：

SnapShot: Timescales in Cell Biology

Knowing key timescales enables us to quickly gain intuition, perform sanity checks and serves as a sixth sense in understanding how cells grow and communicate. This SnapShot briefly communicates some of the insights we collected about rates and durations of these processes from thinking about cell biology by the numbers.

Alon, U. (2006). An Introduction to Systems Biology: Design Principles of Biological Circuits (Chapman & Hall/CRC).
Milo, R., and Phillips, R. (2016). Cell Biology by the Numbers (Garland Science).
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