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研究人员观察到身体掺入硒背后的重要细胞机制

导读 罗格斯大学的一位科学家是一个国际团队的一员,该团队已经确定了掺入硒的过程 - 一种在土壤,水和一些食物中发现的必需的微量矿物质,可...

罗格斯大学的一位科学家是一个国际团队的一员,该团队已经确定了掺入硒的过程 - 一种在土壤,水和一些食物中发现的必需的微量矿物质,可以增加体内的抗氧化作用 - 包括25种特殊的蛋白质,这一发现可以帮助开发新的疗法来治疗从癌症到糖尿病的多种疾病。

这项研究在《科学》杂志上有详细介绍,包括对硒到达细胞中所需位置的过程的最深入的描述,这对于细胞和有机体生物学的许多方面都至关重要。首先,硒被封装在硒代半胱氨酸(Sec)中,硒是一种必需氨基酸。然后,Sec被掺入25种所谓的硒蛋白中,所有这些蛋白蛋白都是许多细胞和代谢过程的关键。

以如此详细的方式理解这些重要机制的运作方式对于开发新的医学疗法至关重要,研究人员表示,包括罗格斯大学罗伯特伍德约翰逊医学院生物化学和分子生物学系教授Paul Copeland在内的研究人员。

“这项工作揭示了以前从未见过的结构,其中一些在所有生物学中都是独一无二的,”该研究的作者Copeland说。

Copeland和该团队能够通过使用专门的冷冻电子显微镜来可视化细胞机制,该显微镜使用电子束而不是光以近乎原子分辨率形成复杂生物形成的三维图像。该过程使用分子复合物的冷冻样品,然后应用复杂的图像处理 - 利用当今庞大的计算能力将数千张图像串在一起,以产生三维横截面,甚至定格动画,传达生物分子内的运动感。因此,科学家可以查看蛋白质和其他生物分子的复杂结构的表示,甚至这些结构在作为细胞“机器”发挥作用时如何移动和变化。

硒的掺入发生在单个细胞的复杂机制的深处。科学家们已经知道RNA的哪些蛋白质和分子 - 存在于参与蛋白质生产的所有细胞中的核酸 - 使这一过程成为可能。然而,他们无法辨别这些因素如何协同工作以完成循环的关键步骤,从而决定了细胞核糖体的功能 - 一种结合RNA以制造更多蛋白质的大型大分子机器。他们发现,发生的过程与任何被理解的发生在人体其他任何地方的过程都不一样。

“这种氨基酸附着在独特的RNA分子上,并且必须通过独特的蛋白质因子携带到核糖体上,”Copeland说,他的实验室在过去的20年里一直致力于了解这些生物分子如何在生化水平上发挥作用。“所有这些都是在人类中进化而来的,专门允许硒被掺入这少数蛋白质中。

一旦Sec被包含在硒蛋白中,蛋白质就会执行生长和发育所需的广泛重要功能。它们产生核苷酸,即DNA的构建块。它们分解或储存脂肪以获得能量。它们产生细胞膜。它们产生甲状腺激素,控制人体的新陈代谢。它们通过解毒细胞中化学反应性副产物来响应所谓的氧化应激。

当硒蛋白的产生中断时,可能会出现癌症,心脏病,男性不育症,糖尿病和甲状腺功能减退症等疾病和病症。

“了解Sec被纳入的机制是为多种疾病状态开发新疗法的基础部分,”Copeland说。

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