羅格斯大學的一位科學家是一個國際團隊的一員，該團隊已經(jīng)確定了摻入硒的過程 - 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)可以幫助開發(fā)新的療法來治療從癌癥到糖尿病的多種疾病。
這項研究在《科學》雜志上有詳細介紹，包括對硒到達細胞中所需位置的過程的最深入的描述，這對于細胞和有機體生物學的許多方面都至關(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胞和代謝過程的關(guān)鍵。
以如此詳細的方式理解這些重要機制的運作方式對于開發(fā)新的醫(yī)學療法至關(guān)重要，研究人員表示，包括羅格斯大學羅伯特伍德約翰遜醫(yī)學院生物化學和分子生物學系教授Paul Copeland在內(nèi)的研究人員。
“這項工作揭示了以前從未見過的結(jié)構(gòu)，其中一些在所有生物學中都是獨一無二的，”該研究的作者Copeland說。
Copeland和該團隊能夠通過使用專門的冷凍電子顯微鏡來可視化細胞機制，該顯微鏡使用電子束而不是光以近乎原子分辨率形成復雜生物形成的三維圖像。該過程使用分子復合物的冷凍樣品，然后應(yīng)用復雜的圖像處理 - 利用當今龐大的計算能力將數(shù)千張圖像串在一起，以產(chǎn)生三維橫截面，甚至定格動畫，傳達生物分子內(nèi)的運動感。因此，科學家可以查看蛋白質(zhì)和其他生物分子的復雜結(jié)構(gòu)的表示，甚至這些結(jié)構(gòu)在作為細胞“機器”發(fā)揮作用時如何移動和變化。
硒的摻入發(fā)生在單個細胞的復雜機制的深處。科學家們已經(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)的所有細胞中的核酸 - 使這一過程成為可能。然而，他們無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)的大型大分子機器。他們發(fā)現(xiàn)，發(fā)生的過程與任何被理解的發(fā)生在人體其他任何地方的過程都不一樣。
“這種氨基酸附著在獨特的RNA分子上，并且必須通過獨特的蛋白質(zhì)因子攜帶到核糖體上，”Copeland說，他的實驗室在過去的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化而來的，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)就會執(zhí)行生長和發(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。它們分解或儲存脂肪以獲得能量。它們產(chǎn)生細胞膜。它們產(chǎn)生甲狀腺激素，控制人體的新陳代謝。它們通過解毒細胞中化學反應(yīng)性副產(chǎn)物來響應(yīng)所謂的氧化應(yīng)激。
當硒蛋白的產(chǎn)生中斷時，可能會出現(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被納入的機制是為多種疾病狀態(tài)開發(fā)新療法的基礎(chǔ)部分，”Copeland說。
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