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[轉貼] 細胞內的包裹郵遞員

細胞內的包裹郵遞員

來源: 新華每日電訊 2013-10-11 20:58:13
文章作者: 方舟子
“人是機器”,在分子水準上尤其如此。細胞就是一個分子工廠,裡面有許許多多台分子機器在精確地運轉,羅斯曼發現的,就是其中一台重要的分子機器是怎麼工作的。正是類似這樣的研究,讓我們對生命現象的瞭解,從空泛的描述上升到具體的機制研究,讓生物學變成一門精確科學

  今年諾貝爾生理學獎頒發給了發現細胞囊泡運輸的調控機制的三名生物學家。外行人很難理解這個發現的重大意義。我見到網上有人說,諾貝爾獎頒發給這麼瑣碎的發現,可見科學研究已經到頭了。而國內媒體更津津樂道的是,獲獎者之一是中國人的女婿。那麼這個發現究竟有何意義,重大到可以獲得諾貝爾獎?

  不算介於生命和非生命之間的病毒,生物體都是由細胞構成的。生物學家把細胞分成兩大類,一類是細菌的細胞,就像一個沒有房間的大倉庫,散亂地擺放著各種東西,稱為原核細胞。另一類是除了細菌的其他細胞,構成從最簡單的酵母菌到複雜的人體,稱為真核細胞。真核細胞就像一個公寓,分隔成一個個小房間,稱為細胞器。細胞器裡含有不同的東西,起不同的作用。

  有時候,不同的細胞器之間需要互相傳遞東西,比如把某種分子從某個細胞器送到另一個細胞器去當建築材料,或者充當信使告訴它要幹什麼。多細胞的生物,不同細胞之間也要傳遞東西,比如為了傳遞信號,一個神經細胞需要把一種叫做神經遞質的分子傳遞給另一個神經細胞。

  構成細胞器和細胞的“牆壁”的是生物膜,膜上會有通道,也就是“門”。小的分子可以從這些門出入。但是有的分子太大了,門過不去,怎麼辦呢?幸好生物膜不是真的牆壁,它們是可以移動,甚至可以部分分離的。要傳遞的大分子到了生物膜後,周圍的膜可以把它包裹起來,與膜的其他部分分離,形成一個囊泡,變成了一個包裹。這個包裹送到另一個細胞器或細胞的膜外面,囊泡的膜與細胞器或細胞的膜融合在一起,囊泡又變成了細胞的一部分,囊泡裡的貨物就自然而然地送進了細胞器或細胞裡。

  當然,包裹不能亂寄。細胞是怎麼知道什麼時候要寄包裹,要寄到哪裡,寄到了以後又是怎麼簽收的?搞清楚這個調控過程,不僅能加深我們對生命現象的理解,而且有助於診斷、治療疾病,因為很多疾病的發生,就是由於細胞的包裹運輸系統出了問題,包裹亂投寄,或者郵遞員乾脆罷工不投寄包裹了。今年的三個獲獎者,從不同的方面對我們瞭解細胞囊泡運輸的調控機制做出了各自的貢獻。謝克曼發現有哪些基因在控制著囊泡的運輸;羅斯曼發現有哪些蛋白質具體參與囊泡運輸,它們是怎麼準確地把囊泡運到目的地的;而祖德霍夫發現的則是細胞是怎麼精准地控制運輸囊泡的時間的。

  其中最核心也最有意思的是羅斯曼的研究。他發現了細胞運輸包裹的郵遞員——一組特殊的蛋白質,英文縮寫為SNARE,剛好是“圈套”的意思。目前發現的“圈套”蛋白質已有60多種,不同細胞用的“圈套”蛋白質不一樣,比如神經細胞用的“圈套”蛋白質有三種,有兩種在神經細胞膜上,一種在囊泡膜上。“圈套”蛋白質的特點是它們都有一個很特殊的片段,這個片段會形成螺旋狀的結構。如果不同的“圈套”蛋白質的螺旋片段靠在一起,就會緊密地結合起來,就像幾股繩子擰成一股,難分難舍。

  當一個神經細胞準備要接受包裹時,細胞膜上的那兩種“圈套”蛋白質的螺旋片段首先擰在了一起,然後囊泡膜上的“圈套”蛋白質的螺旋片段也過來和它們擰在一起,在這個過程中,囊泡被逐漸拉近神經細胞,然後囊泡膜和神經細胞膜貼近、融和,囊泡裡的神經遞質就進入了神經細胞。運輸過程完成後,又有一種蛋白質過來,把擰在一起的螺旋片段解開,這樣“圈套”蛋白質又可以用於下一次包裹運輸。

  這整個過程,像不像一台機器在精確地運轉?所以它被稱為“機制”。“人是機器”,在分子水準上尤其如此。細胞就是一個分子工廠,裡面有許許多多台分子機器在精確地運轉,羅斯曼發現的,就是其中一台重要的分子機器是怎麼工作的。正是類似這樣的研究,讓我們對生命現象的瞭解,從空泛的描述上升到具體的機制研究,讓生物學變成一門精確科學。

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