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大多数内质网膜被核糖体覆盖(如图5a所示),因此被称为粗面内质网,而其余的内质网膜上缺乏核糖体,因此被称为光面内质网。
核糖体的作用是利用氨基酸制造蛋白质,即将氨基酸结合在一起,形成肽、多肽以及完整的蛋白质。
一系列RNA分子参与了蛋白质的合成过程。
首先,组成特定蛋白质代码的核苷酸碱基序列从模板DNA中被成功复制下来,这一过程被称为转录(trans),发生在细胞核内。
转录会促使一种新的分子——信使RNA(messengerRNA,mRNA)产生。
随后,mRNA从细胞核被运输至细胞质中,并在此过程中完成修饰(称为剪接)。
在细胞质中,mRNA与核糖体结合,此时氨基酸将被一种名为转运RNA的小RNA带至核糖体中,以mRNA为模板,将氨基酸连成蛋白质,这一过程被称为翻译。
在内质网上合成的蛋白质将进入内质网膜间隙(内腔)中(如图5b所示)进行折叠,形成最终的构型,随之被传递至高尔基体等其他部位(如图5d所示)。
高尔基体是由扁平的膜泡堆叠而成的膜结构,在其中新合成的蛋白质被装入囊泡中并运输至细胞的不同部位,在这一过程中可能会进行糖基化修饰。
新合成的蛋白质会经过严格的质量控制,如被发现任何缺陷,这些蛋白质将被泛素分子标记,以便迅速降解。
蛋白质的错误折叠会引发非常严重的后果,将导致例如囊性纤维化与糖尿病等疾病的发生。
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。
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