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随着年龄的增长,蛋白质的质量控制机制可能会出现效率降低的情况,这将导致阿尔茨海默病和其他与年龄相关的神经退行性疾病的发生。
新的蛋白质被合成与折叠后需要到达细胞内的最终目的地,与其他数十亿个蛋白质分子一起不断经历合成与降解过程。
一些蛋白质可能需要穿过一到两层生物膜屏障才能到达它们发挥功能的部位。
1971年,纽约洛克菲勒研究所的根特·布洛贝尔(GünterBlobel)与大卫·萨巴蒂尼(DavidSabatini)提出了一个“信号假说”
,即蛋白质被分配了一个“行李标签”
或“邮政编码”
,以确保它们最终能到达正确的目的地。
标记的形式为短序列氨基酸,被称为拓扑学信号,它们可以附着在受体蛋白上,从而帮助蛋白通过生物膜屏障到达正确的目的地。
1999年,布洛贝尔因此项研究获得了诺贝尔奖。
这项工作解释了几种疾病背后的分子机制,如囊性纤维化与原发性高草酸尿症(一种导致早期肾结石的疾病)。
这两种疾病的分子机制均涉及相关蛋白未能到达其正确的位置。
之后,布洛贝尔捐出了100万美元的奖金,将其用于故乡的战后重建工作。
脂质的生产过程
除了参与蛋白质合成,多功能细胞器内质网还能作为细胞内的钙库接收并传递信号,同时负责脂质的合成。
在细胞内,脂肪以微小的单液滴形式生成于内质网表面,这一过程称为脂肪生成(lipogenesis)。
虽然我们所熟悉的脂肪,如牛排边缘及我们腰身周围的脂肪,看起来似乎是均匀的固体肿块,但事实上它们均以被膜脂肪滴的形式储存于脂肪细胞中(如图3d所示)。
如果持续地摄入营养,脂肪细胞中便会有越来越多的脂滴积累。
这些脂滴与邻近的脂滴相融合,变得越来越大并占据了细胞的绝大部分体积,最终使得细胞达到其“正常”
体积的100倍以上。
因此,肥胖是脂肪细胞内脂滴持续积聚所引起的能量平衡紊乱的结果。
在这一点上,我们可能会懊恼内质网如此优秀的脂质合成效率。
除了储存脂肪,光面内质网中还存在一些特殊的酶类以分解脂肪,这一过程被称为细胞内脂质水解或脂解。
因此,影响体重的一个主要因素便是内质网中脂质合成与分解之间的平衡。
众所周知,超重将对健康产生重大影响。
但令人遗憾的是,细胞水平的脂肪代谢所受到的关注却相对较少,脂滴也仅仅被认为是简单的脂肪储存库。
新近研究表明,脂滴其实是一种特殊的细胞器而非“脂肪块”
。
所有的真核细胞都具有合成脂质的能力,而这些脂质还可以进一步形成天然油脂产物,如来自植物细胞的菜籽油、橄榄油,以及来自动物细胞的乳脂、羊毛脂与猪油。
脂质分子在内质网表面聚集,随后形成了单个液滴(由一层脂质单层膜包裹着),并保持在富含脂质合成酶的区域处。
线粒体与脂质合成密切相关,可为脂质合成提供能量。
事实上,负责脂质合成的线粒体由一组膜蛋白连接至内质网表面。
随着越来越多的脂质积聚,单个脂滴通过膜融合与相邻脂滴相融,进而形成更大的脂滴(如图3d所示)。
与此过程相反的是,在脂肪分解过程中,大的脂滴被分解成小的脂滴,来自光面内质网的酶可对脂质分子进行分解,从而缩减了脂滴的大小。
脂质沉积也可能发生在血管内壁的细胞,特别是那些构成主动脉壁的细胞中。
脂质在这些细胞中的积累将导致脂肪斑块的形成,进而诱导动脉粥样硬化的发生。
动脉粥样硬化使得血液流动受限,从而导致心脏病与中风的发生。
而在其他部位,血流中断也会导致肾衰竭或组织坏死等情况发生。
除动脉粥样硬化外,脂质的过度堆积也是Ⅱ型糖尿病与脂肪肝发生的主要原因之一。
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