发现细胞膜的通道:2003年诺贝尔化学奖简介

20 0 3年诺贝尔化学奖授予两位在细胞膜通道研究领域作出突出贡献的科学家 ,以表彰他们发现了细胞膜内的通道 .其中一半由彼特·阿格雷分享 ,因为他发现了且描述了第一个水通道蛋白质 ;另一半由罗德里克·麦金农分享 ,由于他发现并了阐述了离子通道功能的结构及机制的基础 .本文对细胞膜内的通道以及两位科学在该研究领域中所做的开创性贡献做了简要介绍 .     

神经节苷脂GM3对肌质网Ca2+-ATP酶活性与构象的调节

神经节苷脂(Ganglioside,Gls)最初在神经组织中发现,以后又在脊椎动物非神经组织的细胞膜上被检测到。文献[1]报道Gls能影响Ca~(2+)的跨膜流动,并且外源性神经节苷脂GM3(单唾液酸乳糖神经酰胺)对人红细胞膜Ca~(2+)-ATP酶活性有一定的作用。虽     

蚕豆保卫细胞中类整合蛋白的鉴定

整合蛋白（integrins)是一类广泛存在于动物细胞表面的蛋白质。它介导细胞和胞外基质、细胞和细胞之间的黏连，也参与细胞内外的信息传递。以前的研究表明，微管和微丝参与调节气孔的运动。利用人整合蛋白（αvβ3/β5)的多克隆抗体证明类整合蛋白存在于蚕豆保卫细胞，并对其进行了定位。Western免疫印迹结果表明在纯化的蚕豆保卫细胞原生质体的膜碎片中存在类整合蛋白，其分子量分别为47．3，43．7和41．1ku。共聚焦激光扫描显微镜观察表明，类整合蛋白存在于蚕豆保卫细胞质膜上，且主要分布在背壁的细胞膜上，这与保卫细胞和表皮细胞之间的信号转导是一致的。因此，这项研究结果证明类整合蛋白存在于蚕豆保卫细胞的质膜上。     

在细胞中航行的“潜艇”

在细胞中航行的“潜艇”英国化学家设计出可在细胞膜内漂浮的分子“潜艇”，其“潜望镇”由一个化学官能团组成，能透过膜上下运动，可用来探测氢离子。这种分子游艇是由贝尔法斯特女王大学的的普拉撒纳·德·西尔瓦（ＰｒａｓａｎａｄｅＳｉｌｖａ）领导的小组开发的．这...     

碘桥双核铂配合物的合成及其抗肿瘤活性

合成了一种碘桥双核铂配合物二(μ-碘)·af-二碘·二(环己胺)合二铂(Ⅱ)(BPA), 用元素分析、摩尔电导、差热热重分析、红外光谱、紫外光谱和1H核磁共振谱对配合物进行了表征. 体外抗肿瘤活性研究表明, 其对人膀胱癌细胞EJ, 人结肠癌细胞HCT-8, 人胃癌细胞BGC-823, 人急性早幼粒白血病细胞HL-60和人乳腺癌细胞MCF-7五种肿瘤细胞的活性明显好于顺铂; 浓度为1.00和2.00 μmol/L的该配合物可以阻止HL-60细胞周期G₁→S的进行; 相同条件下, 其与HL-60细胞的DNA键合量明显高于顺铂; 急性毒性实验表明, 腹腔注射BPA的半数致死量LD50为815.3 mg/kg; 体内药效学研究表明, 腹腔注射BPA, 12 mg/kg的BPA明显抑制人卵巢癌A2780及人结肠癌HCT-116裸鼠异体移植性肿瘤的生长, 而且作用强度与阳性对照药4 mg/kg的顺铂相近; 20 mg/kg的BPA可在一定程度上对人肺腺癌A549裸鼠异体移植性肿瘤的生长有一定的抑制作用, 但统计学上无显著差异.     

美科学家发现生物体第二种遗传密码

最近,美国麻省理工学院的保罗·西摩尔·等人在生物体内发现了第二种遗传密码,这种密码控制着细胞蛋白质合成过程中的几个重要步骤.20年来,科学家们仅知道生物的主要遗传密码(第一种遗传密码),第一种密码由特殊的化学物质组成,众多     

N-Cadherin/Catenins/Actin骨架在人正常肺细胞和肺癌细胞表达的研究

比较了人正常肺细胞与肺癌细胞Ｃａｄｈｅｒｉｎ／Ｃａｔｅｎｉｎｓ／Ａｃｔｉｎ蛋白质表达水平和定位的特点。结果显示正常肺细胞的Ｎ－Ｃａｄｈｅｒｉｎ和Ｃａｔｅｎｉｎｓ（α,β）有高表达,分布在细胞膜的ＡＪ连接及其膜内面粘着斑与胞质内组装完好的Ａｃｔｉｎ微丝应力纤维末端相连,表明膜ＡＪ连接Ｎ－Ｃａｄｈｅｒｉｎ／Ｃａｔｅｎｉｎｓ／Ａｃｔｉｎ分子复合体存在。     

胰岛β-细胞膜色谱模型建立及其生物亲合特性

建立胰岛β-细胞膜色谱模型, 以硅胶为载体, 将兔胰腺b-细胞膜固定在其表面制备成胰岛β-细胞膜固定相. 用lowry法测定膜蛋白含量, 用电子显微镜和表面能谱分析技术, 对固定相表面特性进行分析, 并测定其K⁺, Na⁺-ATP酶活性. 胰岛β-细胞膜色谱柱(10 mm × 2 mm, I.D.)在(37 ± 0.5)℃条件下, 以25 mmo1·L^-1硫酸铵缓冲液(pH 7.4)为流动相, 流速为0.2 mL·min^-1, 在不同检测波长分析了4种磺酰脲类降血糖药物格列喹酮、格列本脲、格列吡嗪和格列奇特的保留特性, 用药物容量因子的对数值(logk′)表示其亲合作用强度. 并与药物对小鼠正常血糖的活性强度进行了相关性分析比较.     

枯草杆菌(Bucillus subtilis)细胞质中的二硫键蛋白质

二硫键是维持蛋白质二维和三维结构的重要因素之一,目前已知的二硫键蛋白质主要存在于细胞周质(Periplasm)或真核细胞的细胞器中,大多数是分泌蛋白质或是膜蛋白质,很少存在于细胞质内.一般认为细胞质的高还原势是其缺乏二硫键蛋白质的重要原因,但是,细胞环境不是影响二硫键形成的唯一因素,在细胞(Escherichia coli)的细胞周质内已发现3个能催化二硫键形成的蛋白质,它们是分泌蛋白质形成二硫键必需的.Derman等将细菌中硫氧还蛋白还原酶(Thioredoxin reductase)的基因缺失后,发现在细菌细胞质中合成的外源碱性磷酸酶及其他外源蛋白质能形成二硫键,认为细胞质有催化二硫键形成的机制,只是某些因素如硫氧还蛋白还原酶阻止了二硫键的形成.本文报道了枯草杆菌细胞质中的一个二硫键蛋白质,并讨论了细胞发育状态对该蛋白质合成的影响.     

哺乳动物细胞中可能存在着新的葡萄糖转运蛋白质

已知的葡萄糖转运蛋白分子量大约为55kD,是一种具有重要生物功能的膜蛋白质。它担负着将细胞膜外的葡萄糖转运到细胞内的任务,为细胞提供能量来源。 肌肉和脂肪细胞吸收葡萄糖的分子机制是细胞外的胰岛素作用于细胞膜,与膜上胰岛素受体结合,受体就将信号传给细胞内贮存的葡萄糖转运蛋白质(目前尚不清楚这个信号是如何传递的),葡萄糖转运蛋白质接收信号后就大量地向细胞膜上转移,迅速将膜     

用FPR方法研究鸡胚细胞质膜和鸡胚卵黄球膜蛋白质的侧向扩散

过去几年中应用荧光漂白恢复(FPR)方法对细胞膜上蛋白质的流动性进行了若干研究。该方法在细胞膜研究中已引起重视。膜上大分子迁移的信息特别有助于了解细胞膜在生长和分化过程中的动态变化,因而对于诸如细胞恶变过程或“细胞重建”过程的研究有重要意义。     

蚕豆叶细胞质膜中红膜肽的免疫化学鉴定

近年来的研究证明,红细胞膜上存在一个膜骨架系统,由红膜肽(spectrin)、连接蛋白(ankyrin)、带4.1蛋白和肌动蛋白(actin)等组成。最近在动物多种器官的细胞内也发现了膜骨架蛋白,特别是红膜肽的存在。我们在文献[3,4]中用聚丙烯酰胺凝胶电泳方法分析了蚕豆叶细胞质膜蛋白的组成,并与人红细胞膜骨架蛋白作了比较。结果表明,蚕豆叶细胞质膜蛋白中的245和228 kD两种蛋白质可能即是人红细胞质膜上的红膜肽α和红膜肽β。本文目的在于用免疫化学方法鉴定蚕豆叶细胞质膜中的红膜肽,进一步证明植物细胞质膜中膜骨架的存在。研究结果表明,在植物细胞中确实存在着红膜肽α及β。     

免疫系统存在空洞

最近,瑞士科学家报告,人体免疫系统存在裂缝。这一裂缝与人体自我防御机制有关,这一机制能够区分自身蛋白质与外来蛋白质。如果免疫系统的细胞发现这外来蛋白质是病毒,马上就将之消灭。瑞士巴塞尔免疫学研究所的丹米尔·维多卫克和波莉·马金格说,为了不使自身细胞受损,人体必须能识别蛋白质,如果外来蛋白质与自身蛋白质非常相似,就有可能逃避免疫系统的攻击。马金格说,其他科学家也曾提出过免疫系统存在这样的裂缝,但是我们首次发现外来蛋白质竟然能够模仿自身蛋白质而逃避攻     

豚鼠胰腺内钙调素的免疫组织化学定位研究

钙离子是重要的细胞内调节因子.它的作用几乎涉及到所有的细胞生理过程,如物质代谢、激素分泌、神经递质的合成与释放、肌肉收缩以及细胞的分裂增殖等.钙调素(calmodulin,CaM)是一种广泛分布于真核细胞中的小分子蛋白,它作为细胞内主要的钙受体,传递钙离子浓度变化的信息,影响许多关键酶的活性和生理过程的速率.有研究表明,CaM 在神经组织、睾丸和各种内分泌组织中含量丰富.我们曾用免疫组织化学法观察到 CaM 广泛分布于豚鼠胃和小肠粘膜的内分泌细胞中.已发现 CaM 与胰岛β细胞的功能有密切关系.然而     

用ESR检测过氧亚硝基氧化二甲基亚砜产生的甲基自由基

NO在体内具有重要的生物功能,如能防治血小板的凝聚,它是内皮细胞松弛因子(EDRF),又是神经传导的逆信使,在学习和记忆过程起着重要作用.但是它还是自由基,因而它化学性质活泼,反应性强,具有细胞毒性作用,在免疫杀伤过程中发挥着重要作用.最近研究发现,细胞在产生 NO 的同时,也产生超氧阴离子自由基.NO和超氧阴离子自由基具有非常高的反应速率常数(6.4×10~9mol~(-1)·s~(-1)),反应形成过氧亚硝基(ONOO~-).这是一种氧化性极强的物质,可氧化细胞膜脂和蛋白质的硫氢基,导致细胞损伤和疾病的发生.在碱性条件下,过氧亚硝基比较稳定,一旦质子化,立即分解产生类羟基和NO_2自由基.试验表明,在很多病理状态发生此反应,因而对过氧亚硝基的研究非常引人关注.但是过去的研究多是用ONOO~-氧化二甲基亚砜(DMSO)产生的醛类物质作为检测对象进行研究的.而ONOO~-损伤细胞成分很多是通过自由基机理的.还没有发现直接检测ONOO~-氧化反应产生自由基的报道.本文用自旋捕集技术直接捕捉到了 ONOO~-氧化 DMSO 产生的自由基.并且通过波谱解析和计算机模拟证明是甲基自由基.还利用这个自由基产生体系研究了一些抗氧化剂对甲基自由基的清除作用和对ONOO~-氧化活性的抑制作用.     

不同抗冷性水稻质膜■-核苷酸酶活性的生化及细胞化学研究

5′-核苷酸酶(EC 3.1.3.5)催化5′-核苷单磷酸水解生成相应的核苷和正磷酸。该酶在人和动物组织细胞中主要分布在质膜上,在细胞分级分离研究中常被用作质膜的标志酶。然而该酶在植物细胞内的定位及其与抗冷性的关系,至今尚未见报道。低温会导致不抗冷植物细胞膜系统、细胞器和细胞骨架组分的异常;低温冷害对水稻线粒体膜的流动性的影响及ATP含量的变化也有过报道。本文以不同抗冷性的水稻品种为材料,研究5′-核苷酸酶在水稻幼叶细胞中的定位及其活性在冷害中的变化,为阐明冷害机理提供实验依据。     

膜基质金属蛋白酶和金属蛋白酶抑制因子-1在早期胎盘中的表达及其功能的研究

用原位杂交方法研究了人早期胎盘中膜型金属蛋白酶(MT-MMP-1)和金属蛋白酶抑制因子-1(TIMP-1)的分布. 结果表明: (1) 在绒毛滋养层细胞和与其邻近的蜕膜细胞中MT-MMP-1和TIMP-1的表达量相对较高; (2) 在基底盘,Rohrs和Nitabuch纹间的外绒毛膜滋养层细胞, 滋养层和蜕膜的腺体细胞表达最高; (3) 胎膜分离层和绒毛干的少量细胞滋养层细胞以及蜕膜和绒毛干的血管壁上有明显的MT-MMP-1和TIMP-1的表达. 结果提示, 胎盘不同细胞MT-MMP与其抑制因子TIMP-1的协同表达在早期胎盘滋养层浸入和血管发生中发挥重要作用; 同时, 两者可能对在临产时在母体与胎儿的分离机制中也起某种作用.     

家蚕(苏·菊×明·虎)幼虫血清蛋白基因(BmLSP)启动子特性分析

从家蚕品种苏·菊×明·虎基因组DNA中克隆了家蚕幼虫血清蛋白基因(larval serum protein, Bombyx mori, BmLSP)的调控序列, 涵盖了第1内含子、第1外显子、启动子区和上游区. 通过PCR技术与限制性内切酶酶切方法, 以荧光素酶(luc)为报告基因, 构建了一系列缺失不同调控元件的报告质粒, 在家蚕BmN细胞瞬时表达系统中进行了BmLSP启动子的特性分析. 结果表明, 含第1内含子和家蚕丝素轻链基因同源区序列的BmLSP启动子活性分别比缺失相应序列的启动子活性提高5.8和4.4倍, 暗示该两段调控序列中含有增强启动子活性的调控元件. 上游区失活的部分水手转座子元件对BmLSP启动子活性有一定的抑制作用. 此外, 外源昆虫保幼激素类似物(JHA)呈现剂量依赖效应, 低浓度处理增强启动子活性, 高浓度处理起抑制作用; 而蜕皮激素(MH)对其活性没有显著影响.     

自由基生物学与健康

自由基是含有一个不成对电子的分子或原子团．例如一氧化氮自由基NO·、羟自由基·OH、超氧阴离子自由基O2^-·和脂自由基L·等。它们大多反应性强，很容易与细胞成分，如细胞膜、蛋白质、酶甚至DNA反应，引起细胞损伤，导致衰老和疾病的发生。自由基生物学是研究自由基在生物体系产生和作用规律的科学，与人类健康密切相关。     

2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基探针进入脂质体和生物膜的电子自旋共振波谱研究

类脂是细胞膜的主要成分。根据Singer等人的关于细胞膜结构的流动镶嵌模型学说,在正常温度下,膜类脂双分子层是严格有序的,并且有一定的流动性。X光衍射、顺磁和核磁共振研究表明,生物膜内的脂肪酸链在正常生理条件下处于流动的状态,在某些外来因素作用下可发生相的转变。经荧光探针检测发现,当细胞发生癌变时,其膜类脂的流动性比在正常细