科学家发现细胞对抗饥饿的秘密

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生物通报道：糖，胆固醇，磷酸盐，锌——一个健康的个体令人惊讶的能将这么多种营养元素保存在合适的水平，从工程学的观点来看，细胞表面应该有一个具有万能功能的泵，用以保持这些营养的均衡：当一种营养成分，比如糖的浓度，在细胞内水平下降了，那么这个泵就应该能是泵入机制，只到糖的浓度恢复正常。
但是奇怪的是，细胞采用了两种类型的泵，一种在良好状态下激活，当特殊的营养物质在细胞内是充足的时候，另外一种则是在恶劣的情况下激活，这种情况下营养元素是缺乏的。那么为什么细胞需要这种双重机制呢？
来自Weizmann研究所的研究人员发现细胞在氧的参与下，通过酶的催化作用将糖类等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，同时释放出大量能量。细胞内的能量物质转换发生在线粒体中，因此线粒体是为细胞提供能量的“动力工厂”。其氧化过程由线粒体内膜上的4个呼吸链膜蛋白复合物。
线粒体把外部吸收来的以营养形式存储的能量在细胞内转换为普遍的能量来源三磷酸腺苷。ATP在线粒体中的生产要经历多个步骤，主要步骤为氢气氧化为水的爆鸣气反应。在实验室中人们可以让氢气和氧气相互反应，使存储在原料中的能量以热的形式释放出来，而在生物氧通过呼吸链蛋白复合物膜时，能量受到控制，被释放在小包中。这些能量像在燃料电池中那样被转化为最终用于合成ATP的电子膜电位，人体内线粒体的表面积总计约1.4万平方米，每天大约可以生成65公斤的ATP。
     
  
        
膜蛋白复合物I的新结构模型解释了其工作原理的重要和意想不到的信息。一个不是由已知分子形式的蛋白组成的“传输导杆”通过纳米尺度的机械耦合完成了蛋白复合物内部的能量传输，可像蒸汽火车的车轮连杆一样进行力的传递。线粒体呼吸链的结构生物学研究对于彻底了解细胞内电子传递和能量转化的机理至关重要。
除此之外，来自清华大学的研究人员发现成年小鼠母体中一种被称为Cidea基因的缺失，会导致其分泌乳汁中的脂类含量明显下降，严重影响子代小鼠存活。
乳腺细胞中的脂肪合成后，最初是储存于细胞内的脂滴中，这些脂滴通过XOR等多个蛋白的介导，从细胞中分泌进入乳汁。这就像一粒粒粘在黏膜上的珍珠，要把它们摘下来，就需要一只灵巧的‘手’（XOR），而Cidea基因就充当了‘推手’的角色来调节XOR的表达水平。没有了Cidea就没有了这只手，脂肪便只能留在细胞内，无法分泌到乳汁中，造成乳汁‘营养不良’。
通过一系列分子生物学和细胞生物学研究，研究人员发现Cidea可作为转录调控的辅助因子调节XOR及其他多个基因的表达和乳汁脂肪的分泌。这为此后关于新生儿健康存活及营养干预等领域的研究奠定了理论基础。