《细胞》图解细胞事件进程

【字体: www.ebiotrade.com 时间:2016年3月22日 来源:生物通

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  代谢网络和基因调控网络是生物学调控的关键所在,控制着不同时间表中细胞的进程。中间代谢途径中单个代谢物的特征浓度为1 mM,而细菌中糖酵解的细胞代谢通量通常为1 mM/s,哺乳动物细胞株则为 0.1-0.01 mM/s。

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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。

代谢能等得及基因表达吗?

活细胞是一个一直在使用中的化学工厂。细胞摄取诸如葡萄糖等糖类,将这些糖类分解成更小的分子,利用它们来构建DNA、蛋白质、细胞膜和驱动细胞工厂的能量分子。这种逐步的过程称作为代谢,它使得细胞能够执行各种功能以及生长和增殖,由此创造了整个身体。

代谢网络和基因调控网络是生物学调控的关键所在,控制着不同时间表中细胞的进程。中间代谢途径中单个代谢物的特征浓度为1 mM,而细菌中糖酵解的细胞代谢通量通常为1 mM/s,哺乳动物细胞株则为 0.1-0.01 mM/s。

那么也就是说,细菌中的周转时间为一秒,而哺乳动物则需要一分钟。如果生成和消耗反应出现不平衡,代谢池在代谢酶基因表达之前,将会被迅速消耗掉或者积累起来,因为代谢酶基因表达需要花费几分钟。

变构调节 (小分子化合物与酶分子活性中心以外的某一部位特异结合,引起酶蛋白分子构象变化,从而改变酶的活性,这种调节称为酶的变构调节或别构调节)和翻译后修饰阳离子也被用来调控代谢通量。

然而也有一些研究指出细胞代谢的无序性,此前来自荷兰FOM institute AMOLF的研究人员发现细胞中的代谢以不规则的方式进行。细胞的代谢活动会以一种不可预知的方式波动,使得细胞工厂的运作变得更为的复杂。

研究人员发现,酶生成的随机波动随后导致了大肠杆菌细胞生长速度的变化。因此,酶量的改变导致了分解反应的速度发生改变,这样的波动一步一步传送到所有后续的反应,就像接力赛中的接力棒那样,因此最终细胞的生长被扰乱。Nature颠覆性文章:不可预知的细胞代谢

获得功能性GFP需要多长时间?

绿色荧光蛋白GFP会随着诱导介质的加入而进行表达。诱导剂扩散进入细胞,或者与受体结合,在几秒钟内激活转录。细菌的转录和翻译大约需要一分钟时间,同时也会进行蛋白质折叠。

然而,一个成熟的过程涉及GFP生色团的环合、氧化,需要数十分钟,改进后的版本则减少了这一成熟时间,整个过程从诱导到出现荧光能够在几分钟内完成。

此前俄罗斯科学院的一组研究人员发现,活细胞中绿色荧光蛋白(GFP)的光稳定性受到培养基组分以及细胞生长条件的影响。他们测定细胞生长条件和培养基组分对EGFP光稳定性的影响,以便找出EGFP成像的最佳条件。他们利用EGFP-C1载体转染了HEK293T细胞,并在转染48小时后用Leica的AF6000 LX荧光显微镜成像。在成像之前,细胞培养基被更换成新鲜的DMEM或其他待研究的培养基(Ham's F12和RPMI 1640)。

他们发现,所有培养基都不影响EGFP在细胞中的初始亮度。在DMEM和RPMI 1640中表达的EGFP光稳定性几乎相同,不过芸香叶苷的添加使光稳定性增加了数倍。相比之下,Ham's F12培养基则带来了非常高的EGFP光稳定性(DMEM的6-7倍),且几乎不受芸香叶苷的影响。细胞培养条件影响GFP的光稳定性

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

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