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细胞必须能够通过快速地打开与关闭基因的方式来响应外部变化,这些开关由3000种不同的蛋白质(称为转录因子)所控制。
一些基因需要多种转录因子调控,而有些基因仅需少量转录因子。
转录因子位于细胞质中,必须进入细胞核才能与靶基因接触。
细胞快速响应所需的转录因子可以快速进出核孔,为随时可能到来的“战斗”
做好准备。
图11DNA转录
RNA聚合酶是一种大型蛋白复合体,可在基因起始处与特定位点结合,解开DNA螺旋并复制其中的一条链,以产生互补的RNA链。
RNA中的糖分子与DNA中的不同。
四个碱基中有三个(A、C、G)是相同的,但T由U所取代。
随着RNA聚合酶沿着DNA移动,模板DNA链将重新形成双螺旋结构
细胞是如何移动的
我们对于细胞运动机制的大部分了解源于对体外培养的成纤维细胞的观察。
成纤维细胞通过延伸其宽大前缘(即板状伪足)实现移动(参见图3c)。
这一过程宛如潮水沿着海滩向上移动一般,其机制涉及板状伪足基底侧细胞膜与物体表面的不断附着与分离。
板状伪足的上表面具有褶皱,即细胞膜因折叠而产生的活动波,向细胞后方流动。
板状伪足运动源自细胞膜下错综复杂的肌动蛋白丝网的结构变化。
在板状伪足前端,肌动蛋白丝将被添加上相应的亚基;在其后端,肌动蛋白丝将发生断裂,并进一步回收至板状伪足前端。
丝状伪足(类似于微绒毛)是一种手指状突起,可以“感应”
到细胞间隙,使成纤维细胞可以在实体组织中发生移动。
成纤维细胞与白细胞常常会发生组织间迁移行为,这是因为它们要履行日常的细胞维护与免疫防御职责。
但与此同时,这些行为也提示了癌症的问题所在。
肿瘤的产生起始于局部细胞的分裂失控。
如果新分裂的细胞团驻留在原位,那么这属于良性肿瘤,通常可以通过手术成功切除或通过放射疗法将其杀死。
但癌症的最大问题是转移,在转移过程中,细胞可自原发肿瘤中脱离,穿透周围的组织,最终进入血液。
因此这些细胞几乎可以在人体任何部位产生继发性肿瘤。
由此可见,阐明细胞(指正常细胞与肿瘤细胞)穿透组织屏障的机制将成为探寻癌症转移抑制疗法的第一步,而这正是研发抑制癌细胞从原发部位扩散的药物的第一步。
在过去的几年中,关于转移活性的基因(与细胞迁移有关的基因)及其抑制剂的研究已经取得了一些进展,来源于柑橘皮(改良柑橘果胶)与橄榄油(油酰胺)等的多种化合物已显示出抗细胞转移的活性。
运动是一种涌现性特点吗
1824年,细胞生物学先驱之一的雷内·杜特罗歇(RenéDutrochet)表示:“就物质秩序而言,生命的本质是运动,而死亡则是这场运动的终结。”
近200年后,细胞究竟如何将细胞骨架各个组分结合在一起并形成一个独立的运动个体仍是一个未解之谜。
细胞运动需要生化信号、能量供给以及结构元件的重组。
细胞骨架元件需要生长、收缩并组织自己的行动,但这一过程究竟何时发生?会用到多少力?以及何时会停止?根据美国西北大学芝加哥校区一位研究细胞行为的细胞生物学家——古恩特·阿尔布雷希特-布勒(Gue-Buehler)的说法,“生命的功能引发并控制了其内部分子间的相互作用”
。
也就是说,整体要大于各部分的总和。
如果某一事情的发生可归结于许多复杂系统间的相互作用,那么这一特点可被称为涌现性。
在自然界中,群居昆虫便是涌现性的典型例子。
例如,白蚁蚁群形成的巨大的大教堂式结构,或是蜜蜂蜂群所产生的蜂窝状产物。
细胞的运动可以被认为是细胞骨架分子的涌现性投射结果,这一过程由线粒体所产生的能量以及存储在DNA中的遗传信息提供支持。
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