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细胞核糖体竟然也有专业性! 精选

已有 6201 次阅读 2017-6-23 05:49 |个人分类:自然科学|系统分类:海外观察

众所周知,工厂和工厂不同,生产电脑的工厂生产不了汽车,也不生产玩具。但许多科学家认为,细胞内蛋白质制造工厂核糖体没有功能区别,每个核糖体都可以根据需要制造出任何蛋白质。最新研究表明,核糖体也和工厂一样具有专业性,不同的蛋白质需要不同类型的核糖体生产。这样的特点让细胞具有新的精确控制特定蛋白质合成的方式。当然也可以提供一些特殊疾病的发病原因,这些疾病可能是因为特定的核糖体缺陷引起。


生物学家对核糖体是否存在特定类型一直有争议,甚至对这一新的研究还有怀疑。但是有不少学者对这一研究结果比较信服,因为这一新研究采用了复杂的分析技术。马里兰大学生物学家Jonathan Dinman认为,这是对分子生物学核心角色核糖体重新认识的真正重要一步。

细胞核糖体由RNA80种不同类型蛋白质组成,一个哺乳动物细胞拥有1000万个左右核糖体,大约需要消耗60%的能量来制造它们(细胞能量代谢最主要的任务竟然是生产核糖体?)。虽然核糖体非常昂贵,但是它们对传递遗传密码非常关键,能将携带遗传密码的mRNA翻译成细胞需要的蛋白质。Dinman说,生命进化就是围绕核糖体展开的。

传统看法是核糖体没有特异性,或对mRNA类型没有选择性,可以合成任何不同的蛋白质。但是最近几十年,一些科学家的报道并不支持这种观点。例如,2011年斯坦福大学分子和发育生物学家Maria Barna等就发现,小鼠一种有小尾巴核糖体蛋白会表现出解剖结构缺陷,这种缺陷模式说这种核糖体蛋白质缺陷会影响胚胎发育过程中发挥重要作用的蛋白质合成,提示某些核糖体负责专门的蛋白质合成。

但是确定这一推测是非常困难的。加州大学伯克利分校结构生物学家Jamie Cate说,这个领域取得进展非常困难。测量天然核糖体蛋白质水平太难了。

最新发表在《分子细胞》的研究中,Barna等确定了大量不同类型的核糖体蛋白,采用了一种选择反应探测技术,这种技术主要是利用质谱进行分析。对小鼠胚胎干细胞的15种核糖体蛋白进行分析发现,其中9个蛋白质在所有核糖体内都存在,但是在30-40%的核糖体内缺乏另外4种蛋白质,提示这些核糖体有不同功能。科学家用另外一种质谱分析技术测定了76种核糖体蛋白质,发现其中7种蛋白质存在核糖体差异。Barna等随后对这些核糖体的功能进行分析,采用核糖体剖析方法对这些核糖体的翻译产物进行分析。特定功能的核糖体往往集中在一起执行特定的任务。例如,一种核糖体负责制造控制细胞生长的蛋白质,也有的核糖体能制造利用维生素B12的所有蛋白质类型。每个核糖体能专门负责翻译特定功能类型的蛋白质,这一发现让他们大吃一惊。Barna说,他们所有人都没有想到会有这样的结果。意外的结果才是好结果,这意思科学家都知道。


核糖体具有专业化能解释一些罕见病核糖体病的表现,核糖体病患者的细胞的核糖体存在缺陷。先天性纯红细胞再生障碍性贫血又称Diamond-Blckfan综合征,这种患者的骨髓制造的红细胞功能存在缺陷,但是患者也经常存在出生缺陷,如小头、畸形或拇指缺失。这些看似无关的异常可能有一个原因。这些研究人员建议,如果产生这些身体不同部位的细胞在胚胎发育期间携带相同的专业核糖体,那么出现这些奇怪的表现也就十分自然。

正常细胞可能会通过调整专业的核糖体数量达到精细调整特定蛋白质合成数量的目的。这是一种新的基因表达调控模式,应该也参与表观遗传性调节。为什么细胞需要这种调控模式仍然不清楚。但是这能帮助细胞更好应对环境的改变。

但是Santa Cruz分子生物学家Harry Noller怀疑这些细胞会有这样的进化模式。他认为核糖体是非常贵重的细胞器,与其制造专业功能的核糖体,不如对核糖体进行修饰更符合经济性原则。这虽然是意见,但是证据才是关键。

http://www.sciencemag.org/news/2017/06/there-are-millions-protein-factories-every-cell-surprise-they-re-not-all-same

10.1016@j.cell.2017.05.022.pdf




http://blog.sciencenet.cn/blog-41174-1062387.html

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8 晏成和 魏焱明 杨正瓴 王从彦 grdegr guhanxian yunmu biofans

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