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【转载】细胞是如何运输物质的——2013年诺贝尔生理学和医学奖解读  

2013-10-09 19:33:49|  分类: 1膜与运输 |  标签: |举报 |字号 订阅

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[在本次诺贝尔奖公布前几日,美联社曾发布一篇文章梳理了五个至今为止还没有获得诺奖肯定的重大科学突破,其中之一便是“膜融合”]

北京时间10月7日17时30分,2013年诺贝尔生理学奖或医学奖如期公布。来自耶鲁大学的詹姆斯·罗斯曼(James E. Rothman)、加州大学伯克利分校的兰迪·谢克曼(Randy W. Schekman)和斯坦福大学的托马斯·聚德霍夫(Thomas C. Südhof)共同获得这一殊荣。在诺贝尔官方网站上的颁奖致辞中提到,这三位科学家都在研究人类细胞内物质运输方面取得了杰出成就,解释了细胞如何组织自身的物质运输系统这个问题。

囊泡运输

人类身体中每一个细胞都像是个生产分子的工厂,比如胰岛细胞不断生产胰岛素,神经细胞不停地生产神经传导素。这些分子需要被运送出细胞、送往不同的地方,包装它们的东西被称作“囊泡”。获得2013年诺贝尔奖的这三位科学家就发现了这些运输行为的原理:细胞货物是如何在准确的时间内被送往准确的目的地。

谢克曼发现了用编码来调节囊泡运输关键蛋白的基因。他通过对被打乱的基因突变酵母个体进行检测,发现了将囊泡运送到不同细胞器或者细胞表面的那种基因。

罗斯曼则发现了某种蛋白复合物,它可以使囊泡融合到相对应的内膜系统或者细胞膜中。囊泡上的蛋白会与内膜的特异补体蛋白相互结合,这样就能够确保囊泡的正确融合,也就可以使运输的分子到达正确的位置。

聚德霍夫把这种运输活动放在特定的身体部位去研究:大脑。他想知道大脑中的信号是如何从一个神经细胞传输到另外一个去,以及钙离子是如何调控这一过程。他发现了脑细胞是怎样感知到钙离子,并将此信号转换成囊泡中分子的形式。大脑信号如此这般神奇微妙的传递原理,从而得到明确的解释。

这三位诺贝尔奖获得者发现了细胞生理学当中的基础运行过程。这对于人类更好地理解细胞运作方式产生了极大的影响,“分子货物”如何被运输出去、如何保证准确的时间和目的地、如何在细胞内部以及在细胞之间有条不紊地运行。

囊泡运输操作原理和膜融合在大体上是相同的,只是运行的有机生物体不同——一个是在酵母中,一个是在人类细胞当中。这个系统对于许多生理学运行进程都有着关键性的作用,因为在这些进程当中囊泡融合必须得到控制,从大脑信号到荷尔蒙激素、免疫激素的释放,都可以用囊泡运输来解释。如果在这么多大大小小的运行过程中发生了一些有残缺的囊泡运输,那么就会导致不同程度的疾病:神经紊乱、免疫系统紊乱甚至是糖尿病。如果没有这个无比精准的运输系统,细胞们会迅速陷入一片混乱之中。

因此,科学家们的发现为日后的医学进展做出了重大贡献。人类可以通过各种手段来修复囊泡运输当中产生的错漏,精确到具体的时间和位置——就好比是掌握了工厂运货的路线、车号、汽油来源,只要手里掌握维修工具,就可以冲上去进行抢修和维护了。

众望所归

在本次诺贝尔奖公布前几日,美联社曾发布一篇文章梳理了五个至今为止还没有获得诺奖肯定的重大科学突破,其中之一便是包括这次获奖成果在内的“膜融合”。

另外两位诺奖获得者也早在2002年获得过拉斯克奖。今年63岁的詹姆斯·罗斯曼是耶鲁大学细胞生物学系系主任、生物医学教授。而出生于1948年的兰迪·谢克曼是三人中年纪最长的一位,他在成为知名的细胞生物学家之前曾任《美国国家学院院刊》主编,1992年他当选美国国家科学院院士。而三位获奖者也都凭借自己的成就在此之前分别获得过业界肯定。出生于德国的生物化学家托马斯·聚德霍夫以研究突触传递而知名,自1986年以来聚德霍夫博士的研究已经阐明了许多主要的蛋白介导突触前功能。今年他刚刚才和另一位科学家理查德·施勒(Richard H. Scheller)共同获得“拉斯克基础医学奖”——这个奖项被誉为“美国的诺贝尔生理学或医学奖”,它同时也是世界生物医学领域最有名的奖项之一。

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