研究人員觀察到身體摻入硒背后的重要細(xì)胞機(jī)制

羅格斯大學(xué)的一位科學(xué)家是一個(gè)國(guó)際團(tuán)隊(duì)的一員，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)確定了摻入硒的過(guò)程 - 一種在土壤，水和一些食物中發(fā)現(xiàn)的必需的微量礦物質(zhì)，可以增加體內(nèi)的抗氧化作用 - 包括25種特殊的蛋白質(zhì)，這一發(fā)現(xiàn)可以幫助開(kāi)發(fā)新的療法來(lái)治療從癌癥到糖尿病的多種疾病。

這項(xiàng)研究在《科學(xué)》雜志上有詳細(xì)介紹，包括對(duì)硒到達(dá)細(xì)胞中所需位置的過(guò)程的最深入的描述，這對(duì)于細(xì)胞和有機(jī)體生物學(xué)的許多方面都至關(guān)重要。首先，硒被封裝在硒代半胱氨酸(Sec)中，硒是一種必需氨基酸。然后，Sec被摻入25種所謂的硒蛋白中，所有這些蛋白蛋白都是許多細(xì)胞和代謝過(guò)程的關(guān)鍵。

以如此詳細(xì)的方式理解這些重要機(jī)制的運(yùn)作方式對(duì)于開(kāi)發(fā)新的醫(yī)學(xué)療法至關(guān)重要，研究人員表示，包括羅格斯大學(xué)羅伯特伍德約翰遜醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)和分子生物學(xué)系教授Paul Copeland在內(nèi)的研究人員。

“這項(xiàng)工作揭示了以前從未見(jiàn)過(guò)的結(jié)構(gòu)，其中一些在所有生物學(xué)中都是獨(dú)一無(wú)二的，”該研究的作者Copeland說(shuō)。

Copeland和該團(tuán)隊(duì)能夠通過(guò)使用專門的冷凍電子顯微鏡來(lái)可視化細(xì)胞機(jī)制，該顯微鏡使用電子束而不是光以近乎原子分辨率形成復(fù)雜生物形成的三維圖像。該過(guò)程使用分子復(fù)合物的冷凍樣品，然后應(yīng)用復(fù)雜的圖像處理 - 利用當(dāng)今龐大的計(jì)算能力將數(shù)千張圖像串在一起，以產(chǎn)生三維橫截面，甚至定格動(dòng)畫，傳達(dá)生物分子內(nèi)的運(yùn)動(dòng)感。因此，科學(xué)家可以查看蛋白質(zhì)和其他生物分子的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的表示，甚至這些結(jié)構(gòu)在作為細(xì)胞“機(jī)器”發(fā)揮作用時(shí)如何移動(dòng)和變化。

硒的摻入發(fā)生在單個(gè)細(xì)胞的復(fù)雜機(jī)制的深處。科學(xué)家們已經(jīng)知道RNA的哪些蛋白質(zhì)和分子 - 存在于參與蛋白質(zhì)生產(chǎn)的所有細(xì)胞中的核酸 - 使這一過(guò)程成為可能。然而，他們無(wú)法辨別這些因素如何協(xié)同工作以完成循環(huán)的關(guān)鍵步驟，從而決定了細(xì)胞核糖體的功能 - 一種結(jié)合RNA以制造更多蛋白質(zhì)的大型大分子機(jī)器。他們發(fā)現(xiàn)，發(fā)生的過(guò)程與任何被理解的發(fā)生在人體其他任何地方的過(guò)程都不一樣。

“這種氨基酸附著在獨(dú)特的RNA分子上，并且必須通過(guò)獨(dú)特的蛋白質(zhì)因子攜帶到核糖體上，”Copeland說(shuō)，他的實(shí)驗(yàn)室在過(guò)去的20年里一直致力于了解這些生物分子如何在生化水平上發(fā)揮作用。“所有這些都是在人類中進(jìn)化而來(lái)的，專門允許硒被摻入這少數(shù)蛋白質(zhì)中。

一旦Sec被包含在硒蛋白中，蛋白質(zhì)就會(huì)執(zhí)行生長(zhǎng)和發(fā)育所需的廣泛重要功能。它們產(chǎn)生核苷酸，即DNA的構(gòu)建塊。它們分解或儲(chǔ)存脂肪以獲得能量。它們產(chǎn)生細(xì)胞膜。它們產(chǎn)生甲狀腺激素，控制人體的新陳代謝。它們通過(guò)解毒細(xì)胞中化學(xué)反應(yīng)性副產(chǎn)物來(lái)響應(yīng)所謂的氧化應(yīng)激。

當(dāng)硒蛋白的產(chǎn)生中斷時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)癌癥，心臟病，男性不育癥，糖尿病和甲狀腺功能減退癥等疾病和病癥。

“了解Sec被納入的機(jī)制是為多種疾病狀態(tài)開(kāi)發(fā)新療法的基礎(chǔ)部分，”Copeland說(shuō)。

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