细胞生物学论文

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叶绿体的研究进展细胞生物学论文(1)

叶绿体的研究进展细胞生物学论文(1)

叶绿体的研究进展细胞生物学论文(1)叶绿体是植物细胞中的核糖体体系,是光合作用的重要场所。

自从1883年Schimper的研究发现叶绿体后,研究人员对叶绿体的细胞生物学行为和功能进行了大量的研究。

本文就叶绿体的研究进展做一综述。

一、叶绿体的起源和进化叶绿体起源于一次原核生物和真核生物的共生事件。

这次共生事件导致原核生物进入真核生物细胞,成为真核生物内的一项复杂结构和新功能的起源。

研究表明,叶绿体和细胞质基因的比较显示了叶绿体和细胞质都存在高度的多样性,这表明了叶绿体的进化是一个非常复杂的过程。

此外,研究还发现,叶绿体基因组中存在大量的基因转移,说明叶绿体的进化是一个由多个因素共同作用的进程。

二、叶绿体的结构和功能叶绿体有多个膜系统,包括两个质膜和一个腔膜系统,这些膜系统在叶绿体的光合作用和细胞代谢中扮演着重要的角色。

叶绿体内部还存在大量的第一级葡萄糖和第一级光合色素,这些在光合作用和提供能量方面起着重要的作用。

三、叶绿体的光合作用叶绿体是光合生物的光合作用场所。

光合作用是通过光合作用中的各种步骤来转化太阳能为化学能,并将其储存在ATP和NADPH中。

光合作用是生命的基本过程之一,它为植物提供能量并产生O2。

关于叶绿体的光合作用机制,科学家研究发现,光合作用机制包括5个过程:光场效应、电子传递、ATP生成、碳的固定和光保护。

四、叶绿体的光敏响应和光防御叶绿体本身是一个光敏结构,它能够感知光强度和光质,并作出相应的反应。

例如,叶绿体光受体和铁离子信号能够感知光线和热量,促进植物进行适应性反应。

此外,叶绿体中还存在着一系列反应蛋白,如Apx、Chi、Psb7、Psb28,能够提供叶绿体免疫功能及光防御作用。

五、叶绿体与环境胁迫的关系环境胁迫是植物生长发育过程中的常见问题。

环境胁迫对叶绿体的结构和功能产生负面影响,因此,科学家研究了叶绿体在不同环境胁迫下的应对机制。

例如,研究发现,叶绿体MC4和MC3等膜蛋白可以改善叶片的灌浆效应,有效地缓解了盐碱胁迫对植物生长和发育的不利影响。

细胞生物学论文

细胞生物学论文

细胞生物学概述摘要:细胞生物学是以细胞为研究对象,从细胞的整体水平、亚显微水平、分子水平等三个层次,(斯。

诺。

美。

A11-走在生物医学的最前沿)以动态的观点,研究细胞和细胞器的结构和功能、细胞的生活史和各种生命活动规律的学科。

细胞生物学是现代生命科学的前沿分支学科之一,主要是从细胞的不同结构层次来研究细胞的生命活动的基本规律。

从生命结构层次看,细胞生物学位于分子生物学与发育生物学之间,同它们相互衔接,互相渗透。

英文摘要:Cell biology is to cell as the research object, from the three levels of the overall level of the sub microscopic level, cells, molecular level (,. Connaught. Beauty. A11- in the forefront of biomedical) from the dynamic point of view, the structure and function of cells, cell and organelle of the life history and various life activities of the discipline. Cell biology is one of the frontier branch of modern life science, mainly is the basic rule to study cell from different hierarchy of life activities of cells. From the life structure and arrangement, and developmental biology is located between cell biology molecular biology, their mutual connection, mutual penetration.关键字:细胞学说显微技术遗传物质前言:细胞是生命的基本单位,细胞的特殊性决定了个体的特殊性,因此,对细胞的深入研究是揭开生命奥秘、改造生命和征服疾病的关键。

细胞生物学实验论文

细胞生物学实验论文

课题:不同性质物质细胞膜通透性的观察比较姓名:***学院:生命科学学院学号:20110*****年级:2011级专业:生物技术不同性质物质细胞膜通透性的观察比较生命科学学院2011级*** 201101****摘要:溶血是浓密的红细胞溶液突然变成红色透亮的血红蛋白溶液的过程,并已被用于测量各种物质透入红细胞速度的指标。

本实验利用人血红细胞和鸡血红细胞在不同性质物质的等渗溶液中发生溶血现象速度快慢的比较,探究细胞膜对不同性质物质的通透性的差异。

关键词:不同性质物质细胞膜通透性细胞膜的存在将胞内物质与细胞周围环境隔离开,为细胞内发生的各种代谢反应提供了一个相对稳定的内环境。

为了能与周围环境间进行物质和能量的交换,细胞膜可以选择性地让某些物质进出细胞。

各种物质进出细胞的方式可大体分为3种途径:被动运输(依浓度梯度,不需能量),主动运输(逆浓度梯度或电化学梯度,需要耗能)和胞吞与胞吐作用。

水是生物界最普遍的溶剂,水分子可以按照物质浓度梯度从渗透压低的一侧通过细胞膜向渗透压高的一侧扩散,以至于在高渗环境中,动物细胞会失水而收缩;在低渗环境中,动物细胞会吸水膨胀直至破裂。

本实验将红细胞分别放于各种不同等渗溶液中,由于红细胞膜对不同溶质的通透性不同,使得不同溶质透入细胞的速度相差很大,有些溶质甚至不能透入细胞。

当溶质分子进入细胞后,可引起渗透压升高,水分子随即进入细胞,使细胞膨胀,当膨胀到一定程度时,红细胞膜会发生破裂,血红素溢出,此时,原来不透明的红细胞悬液突然变成红色透明的血红蛋白溶液,这种现象称为红细胞溶血。

由于各种溶质进入细胞的速度不同,所以不同的溶质诱导红细胞溶血的时间也不同。

可通过测量溶血时间来估计细胞膜对各种物质通透性的大小。

本实验利用人血红细胞和鸡血红细胞在不同性质物质的等渗溶液中发生溶血现象速度快慢的比较,探究细胞膜对不同性质物质的通透性的差异。

1 材料与方法1.1实验材料:抗凝人血、鸡血的稀释液(1份血液加入9份生理盐水进行稀释)1.2实验试剂:0.17mol/L的氯化钠溶液,0.17mol/L氯化铵,0.17mol/L醋酸铵,0.17mol/L硝化钠,0.12mol/L草酸铵,0.12mol/L硫酸钠,0.32mol/L葡萄糖,0.32mol/L甘油,0.32mol/L乙醇,0.32mol/L丙酮,0.32mol/L乙二醇。

(细胞生物学专业优秀论文)组蛋白乙酰化修饰调控果蝇热休克基因表达和寿..

(细胞生物学专业优秀论文)组蛋白乙酰化修饰调控果蝇热休克基因表达和寿..

摘要衰老是一个普遍的生物学现象,衰老控制着生物寿命的长短,主要受遗传因子和环境因素所影响。

了解衰老的分子机制,对于延缓衰老、保持生命活力具有重要的意义。

热休克蛋白(HSP)作为高度保守的“分子伴侣”,在细胞内广泛地参与许多复杂的功能活动,可以抵制衰老过程中一些有害蛋白的发生。

其基因的表达调控是一种特殊的真核基因表达模式,包括基础水平和诱导水平的表达。

由组蛋白乙酰转移酶(HAT)和组蛋白去乙酰化酶(HDAC)催化的乙酰化反应在真核基因的表达调控中起着重要作用,这两种酶通过对核心组蛋白进行可逆修饰来调节核心组蛋白的乙酰化水平,从而调控转录的起始与延伸。

组蛋白去乙酰化酶抑制剂(HDI)可以通过抑制HDAC活性提高组蛋白乙酰化水平,是研究乙酰化修饰在真核基因表达调控中的作用的有用工具。

本论文一方面采用HDItrichostatinA<TSA)和丁酸钠(BuA)喂食果蝇,改变果蝇体内组蛋白乙酰化水平,系统地研究组蛋白乙酰化修饰、HSP的表达以及寿命调控三者之间的关系。

结果发现hsp基因在长寿果蝇中具有较高的基础表达、较快的热激诱导反应速度以及较强的高温抵抗性。

同时,不同的hsp基因在果蝇衰老过程中的作用不尽相同,hsp22的作用最为重要,hsp70次之,而hsp26的表达几乎与寿命无关。

使用HDITSA和BuA喂食果蝇可以延长其寿命,但不同的HDI的作用机制不尽相同,同一种HDI对不同寿命品系的果蝇的延长程度也不尽相同。

TSA的处理有一种时间依赖性,更长时间的TSA处理对寿命是有利的;而BuA的处理却与此不同,过长时间的处理反而加速衰老。

同样的去乙酰化酶抑制剂,同一剂量处理,在不同果蝇品系种的作用不同,它们对短寿果蝇寿命的延长程度更为明显。

另外,HDI处理还促进果蝇衰老过程中hsp基因的基础表达和诱导表达,但是随着衰老的进行,这种促进作用逐渐减弱。

同样在不同寿命的果蝇品系中,其提高hsp基因表达的程度也不一样。

细胞生物学论文-细胞自噬

细胞生物学论文-细胞自噬

细胞生物学论文-细胞自噬生物学家通过对选定的生物物种进行科学研究,来揭示某种具有普遍规律的生命现象。

此时,这种被选定的生物物种就是模式生物。

例如果蝇,有谁会想到,这种红眼、双翅、羽状触角芒、身体分节、黄褐色的小昆虫,在近百年间竟然能够“成就”好几位获得诺贝尔奖的大科学家。

什么是自噬?大隅良典研究的是酵母的细胞自噬机制。

酿酒酵母是一种模式生物,非常经典。

经过20多年的研究,在酵母里已经发现了34种与自噬有关的基因。

那么自噬到底是什么?当你真的了解它以后,你会发现,原来细胞这么“聪明”!自噬,不就是自己吃自己吗?可以这样理解。

自噬就是细胞自己降解自己结构的过程,即把一些暂时用不上的零件,拆解变成最小的模块,然后重新组装成自己需要的东西,这就是自噬。

在植物细胞和酵母细胞里,自噬在液泡中发生。

而在动物细胞里,自噬在溶酶体里发生。

从一个蛋白质到整个细胞器,都是可以降解的。

自噬是细胞内分解代谢的一种途径。

除此之外还有一种途径,称之为泛素蛋白酶体途径。

简单说就是在蛋白质上加个泛素,做个标记,然后送进蛋白酶体中完成消化。

发现细胞自噬首次提出自噬这一概念的,是诺贝尔奖生理学或医学奖获得者、比利时细胞和生物化学家克里斯汀・德・迪夫。

他在20世纪50年代通过电子显微镜观察到自噬体,并在1963年溶酶体国际会议上正式提出,他也因此被誉为“自噬之父”。

到了20世纪90年代,大隅良典开始用酵母研究自噬。

再后来越来越多科学家加入了研究自噬的队伍。

细胞自噬其实分为三种方式,这是根据如何“打包”物质和如何运送物质来划分的。

第一种叫宏自噬,也叫巨自噬,顾名思义就是自噬体比较大,用细胞膜或者其他的双层膜去把那些不想要的东西包裹起来,然后和溶酶体融合。

第二种叫微自噬。

顾名思义就是自噬体比较小,溶酶体或者液泡直接用自身去吞噬那些需要降解的东西,也许是细胞器,也许是蛋白质。

第三种叫分子伴侣介导自噬。

是指分子伴侣将细胞内的蛋白质先从折叠状态恢复为未折叠的状态,再放到溶酶体里。

细胞生物学论文

细胞生物学论文

细胞生物学论文细胞生物学是现代生命科学领域的重要分支之一,研究细胞的结构、功能和生理过程,以及细胞与细胞之间的相互作用。

本论文将探讨细胞生物学的一些重要概念和研究进展,包括细胞结构、细胞器功能、细胞分裂、细胞信号传导等方面。

一、细胞结构细胞是生命的基本单位,由细胞膜、细胞质和细胞核组成。

细胞膜是细胞的外层包裹,承担了细胞与外界环境之间的交流和物质交换。

细胞质是细胞膜内的胞浆,包含了各种细胞器,如内质网、高尔基体、线粒体、溶酶体等。

细胞核是细胞内的重要组成部分,含有遗传物质DNA,控制着细胞的生长和分裂。

二、细胞器功能细胞器是细胞内的各种功能区域,各有自己独特的功能。

内质网是蛋白质合成的主要场所,通过它可以将蛋白质合成、折叠和修饰后运送到其他细胞器或细胞膜上。

高尔基体则负责蛋白质的分泌和细胞外物质的转运。

线粒体是细胞内主要的能量合成器官,通过氧化磷酸化产生大量的ATP分子。

溶酶体则参与细胞内废物的降解和清除。

三、细胞分裂细胞分裂是细胞生物学中的重要过程,负责细胞的繁殖和复制。

细胞分裂包括有丝分裂和减数分裂两种形式。

有丝分裂是指细胞按照一定的步骤和顺序完成DNA复制、纺锤体形成、染色体分离和细胞质分裂等过程。

减数分裂则是在有丝分裂的基础上,再进行一次染色体分离和细胞质分裂,最终得到生殖细胞。

四、细胞信号传导细胞信号传导是细胞之间相互沟通和协调的重要方式。

细胞通过细胞膜上的受体感知外界信号,并将其转化为细胞内的化学信号。

这些信号通过信号转导通路传递到细胞核或其他细胞器,调节细胞的生理活动。

信号通路可以分为多种类型,如激活型的酶级联反应、细胞表面受体介导的信号转导和细胞间的细胞因子介导的信号传递。

总结:细胞生物学是一门重要的学科,研究细胞的结构、功能和生理过程,以及细胞与细胞之间的相互作用。

本论文对细胞生物学的几个重要方面进行了讨论,包括细胞结构、细胞器功能、细胞分裂和细胞信号传导。

这些内容对于深入理解细胞生物学的基本原理和研究进展具有重要的意义,也为进一步探索细胞的奥秘和应用于医学研究提供了基础。

细胞生物学实验

细胞生物学实验

2015年秋季学期细胞生物学实验论文细胞膜对不同性质物质通透性的一般规律系别:专业:姓名:学号:—2015.10.14—摘要:关键词:一、前言细胞膜是细胞质与外界相隔的一层薄膜,它的出现是原始生命物质长期进化过程中关键的一步。

如果没有细胞膜,细胞形式的生命就不能存在。

细胞膜将胞内物质与细胞周围环境隔离开,为细胞内发生的各种代谢反应提供了一个相对稳定的内环境。

但细胞膜的屏蔽作用是相对的,因为细胞要与周围环境进行物质和能量的交换,因此细胞膜也是细胞与外界环境进行物质交换的结构,可以选择性地让某些物质进出细胞。

各种物质出入细胞的方式是不同的,大体可分为三种途径:被动运输、主动运输和胞吞与胞吐作用。

细胞膜对不同物质的通透性是存在差异的。

本实验为了探究这种差异,选择红细胞作为实验材料,分别放于各种等渗溶液中。

由于红细胞膜对不同溶质的通透性不同,使得不同溶质透入细胞的速度相差很大,有些溶质甚至不能透入细胞。

当溶质分子进入细胞后可引起渗透压升高,水分子随即进入细胞,使细胞膨胀,细胞膜破裂,血红素溢出。

此时,原来不透明的红细胞悬液突然变成红色透明的血红蛋白溶液,这种现象称为红细胞溶血。

由于各种溶质进入细胞的速度不同,所以不同的溶质诱导红细胞溶血的时间不同。

可以通过测量溶血时间来估计细胞膜对各种物质通透性的大小。

本实验的目的是了解细胞膜对不同物质通透性的差异、观察红细胞的溶血现象和理解溶血原理、建立等渗概念。

图表1图表2二、材料与方法2.1材料、试剂与仪器2.1.1实验材料抗凝人血、鸡血的稀释液(1份人血加入9份生理盐水、1份鸡血加入4份生理盐水进行稀释)2.1.2实验试剂(1)0.17mol/L氯化铵;(2)0.17mol/L醋酸铵;(3)0.17mol/L硝酸钠;(4)0.12mol/L草酸铵;(5)0.12mol/L硫酸钠;(6)0.32mol/L葡萄糖; (7)0.32mol/L甘油; (8)0.32mol/L乙二醇;(9)0.32mol/L乙醇; (10)0.32mol/L丙酮。

细胞生物学论文

细胞生物学论文

细胞生物学论文摘要:细胞生物学在19 世纪以前,许多学者的工作,都着眼于细胞的显微结构方面,主要从事于形态上的描述,而对各种有机体中出现细胞的意义,均未作出理论上的阐述和概括。

1838-1839 年,德国植物学家施莱登和动物学家施旺根据自己研究和总结前人的工作,首次提出了细胞学,现在,细胞生物学已经成为科学的研究领域,有很大的发展前景。

关键词:细胞生物学、发展史、研究内容和现状、研究趋势、重要领域、学习方法及态度细胞生物学的发展史1604 [荷]Jansen 创造了世上第一台显微镜1838 [德]M.Schleiden 细胞是一切植物结构的基本单位,标志着细胞学说形成1858 [德]R.Virchow 细胞只能来自细胞,否定生命的自然发生学说1859 达尔文进化论1861 Max Schultze 提出原生质理论1880 [德]A.Weissmann 所有现在的细胞都可以追溯到远古时代的一个共同祖先,细胞是延续和历史的,是进化而来的1880 Hantein 提出“原生质体”概念1883 Van Benedem 及1886 Steasburer分别在动物、植物细胞中发现减数分裂1905 Wilson 发现性别与染色体的关系Weiss man 推测遗传单位有序地排列在线粒体上—[德]Borveri 及[美]Sutton 提出遗传的染色体学说1909 Harrison 及Carrel 创立组织培养技术1910 Morgan 连锁互换定律,证明基因是决定遗传性状的基本单位,建立基因学说1925 E.Gorter及F.Grendel 提出“蛋白质-脂质-蛋白质”的三明治式结构模型1936、1940 Casperson 用紫外光显微分光光度法测定DNA含量,认为蛋白的合成可能与DNA有关1950 Chargaff 碱基互补配对原则1953 [美]Janes Watson 及[英]Francis Grick DNA的双螺旋结构1958 D.E.Koshland.Jr 提出酶-底物的”诱导-契合模型”1972 S.J.Singer 及G.Nicolson 提出了生物膜的流动镶嵌模型细胞生物学研究的趋势和重要领域细胞生物学是现代生命科学的重要基础学科、细胞生物学的主要研究内容、当前细胞生物学研究的总趋势与重点领域、细胞重大生命活动的相互关系、细胞生物学的发展和研究领域研究领域:染色体DNA与蛋白质相互作用关系—主要是非组蛋白对基因组的作用细胞增殖、分化、凋亡的相互关系及其调控细胞信号转导的研究细胞结构体系的组装细胞生物学的内容和发展1.20世纪后半叶生命科学各领域所取得的巨大进展,特别是分子生物学的突破性成就,使生命科学在自然科学中的位置起了革命性的变化。

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细胞自噬2016年10月3日诺贝尔生理学奖授予日本科学家大隅良典,以表彰他发现并阐释了细胞自噬的机理,在细胞自噬研究方面做出了杰出贡献。

日本东京工业大学分子细胞学教授大隅良典所带领的研究小组成功的探明了细胞自噬的启动机制,他的研究为理解许多机体生理过程中自体吞噬的重要性奠定了坚实的基础,为揭示生命进程的发展做出了巨大的推动作用。

一、自噬的发现20世纪50年代中期,科学家观察到细胞里的一个新的专门“小隔间”(这种隔间的学名是细胞器),包含消化蛋白质,碳水化合物和脂质的酶。

这个专门隔间被称作“溶酶体”,相当于降解细胞成分的工作站。

比利时科学家克里斯汀·德·迪夫(Christian de Duve)在1974年因为溶酶体和过氧化物酶体的发现,被授予诺贝尔生理学或医学奖。

克里斯汀·德·迪夫,1974年获得诺贝尔生理学或医学奖,“自噬”这个词的命名人。

60年代的新观察表明,在溶酶体内部有时可以找到大量的细胞内部物质,乃至整个的细胞器。

因此,细胞似乎有将大量的物质传输进溶酶体的策略。

进一步的生化和显微分析发现,有一种新型的囊泡负责运输细胞货物进入溶酶体进行降解(图1)。

发现溶酶体的科学家迪夫,创造了自噬(auotophagy)这个词来描述这一过程。

这种新的囊泡被命名为自噬体。

我们的细胞有不同的细胞“小隔间”,承担不同的作用。

溶酶体就是这样一种隔间,里面有用于消化细胞内容物的消化酶。

人们在细胞内又观察到了一种新型的囊泡,叫做自噬体。

自噬体形成的时候,逐渐吞没细胞内容物,例如受损的蛋白质和细胞器;然后它与溶酶体相融,其中的内容被降解成更小的物质成分。

这一过程为细胞提供了自我更新所需的营养和材料。

在20世纪70年代和80年代,研究人员集中研究阐明用于降解蛋白质的另一个系统,即“蛋白酶体”。

在这一研究领域,阿龙·切哈诺沃(Aaron Ciechanover),阿夫拉姆·赫什科(Avram Hershko)和欧文·罗斯(Irwin Rose)因为“泛素介导的蛋白质降解的发现”被授予2004年诺贝尔化学奖。

蛋白酶体降解蛋白质的效率很高,一个个单个降解蛋白质,但这个机制没有解释细胞是怎么解决更大的蛋白质复合物以及破旧的细胞器的。

[2016年诺贝尔生理学或医学奖得主大隅良典曾经活跃于多个研究领域,但自从1988年建立了自己的实验室之后,他就主要研究蛋白质在液泡中降解的过程了。

液泡也是一种细胞器,它在酵母中的地位和人体中溶酶体的地位类似。

酵母细胞相对更容易进行研究,因而常被用作人类细胞的模型;寻那些在复杂细胞通路中发挥重要作用的基因时,酵母特别有用。

但大隅面临着一个重大挑战:酵母细胞很小,在显微镜下不容易看清它的内部结构,因此他起初都无法确定自噬现象是否也会发生在酵母细胞中。

大隅推论,如果他能在自噬行为发生的时候阻断液泡中蛋白质分解的过程,那么自噬体将在液泡中累积,从而在显微镜下可见。

因此,他培育出因突变而缺乏液泡降解酶的酵母细胞,并通过使细胞饥饿激发自噬。

Fig.1细胞自噬体示意图大隅良典接着利用了他改造过的酵母菌株——在这些酵母挨饿时,它们的自噬体会积累起来。

如果对自噬过程重要的基因被失活,那么自噬体积累就理应不会发生。

大隅良典将酵母细胞暴露在一种能随机在多个基因里引起突变的药物中,然后诱导自噬过程。

由于大隅良典和紧随他步伐的研究者的工作,我们现在知道细胞自噬控制着许多重要的生理功能,涉及到细胞部件的降解和回收利用。

细胞自噬能快速提供燃料供应能量,或者提供材料来更新细胞部件,因此在细胞面对饥饿和其它种类的应激时,它发挥着不可或缺的作用。

在遭受感染之后,细胞自噬能消灭入侵的细胞内细菌活病毒。

自噬对胚胎发育和细胞分化也有贡献。

细胞还能利用自噬来消灭受损的蛋白质和细胞器,这个质检过程对于抵抗衰老带来的负面影响有举足轻重的意义。

二、细胞自噬的过程在此过程中,自噬体的形成是关键,其直径一般为 300~900 nm,平均 500 nm,囊泡内常见的包含物有胞质成分和某些细胞器如线粒体、内吞体、过氧化物酶体等。

与其他细胞器相比,自噬体的半衰期很短,只有8min左右,说明自噬是细胞对于环境变化的有效反应。

尽管对自体吞噬具体过程的了解还需要加强,但是人们已经勾勒出自体吞噬过程的大致轮廓:细胞质中的线粒体等细胞器首先被称为“隔离膜”的囊泡所包被,这种“隔离膜”主要来自于内质网和高尔基体;囊泡最终形成双层膜结构,即自吞噬体(autophagosome),也称之为初始自体吞噬泡(initial autophagic vacuoles , AVi);自吞噬体与胞内体融合形成中间自体吞噬泡(intermediate autophagic vacuoles, AVi/d);最终自体吞噬泡的外膜与溶酶体融合形成降解自体吞噬泡(degrading autophagic vacuoles, AVd),由溶酶体内的酶降解自体吞噬泡中的内容物和内膜。

在整个自体吞噬过程中,细胞质和细胞器都受到破坏,最明显的是线粒体和内质网受损。

虽然自体吞噬并不直接破坏细胞膜和细胞核,但是有证据表明;在最初断裂或消化后,细胞膜和细胞核会最终变成溶酶体以消化和分解自身。

Fig.2细胞自噬过程示意图三、细胞自噬的调控3.1 泛素样蛋白系统对细胞自噬的调控泛素化是在翻译后水平上进行蛋白修饰的一种方式,参与蛋白酶体依赖性蛋白水解、蛋白功能调控、亚细胞分布和/或蛋白质互作。

在泛素激活酶(ubiquitin-activating enzyme, El)、泛素接合酶 (ubiquitin-conjugating enzyme, E2)以及泛素蛋白连接酶(ubiquitin-protein ligase, E3)的连续作用下, 泛素与底物蛋白特定的Lys残基共价结合完成泛素化。

同时,泛素化也是一种可逆性的过程,可由去泛素化酶将泛素从蛋白质上除去。

泛素化主要包括以下3 步酶促反应过程: (1)在ATP作用下, E1可在其Cys和泛素的C-端的GlyUb,从而激活泛素;(2)在ATP和E2酶作用下,泛素之间形成巯酯键,即E1-SH~Ub);(3) E3酶可以特异性从E1转移到E2上,同样以巯酯键的方式结合(E2-SH~识别底物蛋白并与之结合,与此同时E2将激活的泛素直接转移到某些E3结合的底物上,经过多个重复,多个泛素之间通过Lys相互连接,在底物上形成多泛素链。

E1-样酶Atg7和E2-样酶Atg10泛素样反应后,泛素样蛋白Atg12与Atg5 Lys130共价耦联,Atg16L1作为连接蛋白,增强Atg12和E3泛素连接酶样蛋白Atg5间的互作,而后Atg12-Atg5与Atg16L1形成E3连接酶样复合体并定位于PAS。

半胱氨酸酶Atg4酶切LC3并暴露C-端最后5个Gly残基,在E2-样酶Atg3辅助下,与磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine,PE)发生E3-样共轭形成脂化的LC3(LC3-II)并定位于PAS,吞噬泡加工成为成熟自噬体。

3.2 mTOR信号通路对细胞自噬的调控mTOR(mammalian target of rapamycin)属于Ser/Thr激酶,参与细胞发育、核糖体生成和代谢调控等生物学过程。

mTOR包括雷帕霉素敏感型mTORC1和雷帕霉素非敏感型mTORC2。

mTORC1磷酸化ULK1-Atg13-RB1CC1-C12orf44/Atg101复合体使其失活,从而负调控细胞自噬的形成,其活化程度可反应出自噬水平,如果阻断mTORC1的功能, Ser/Thr激酶可磷酸化Atg1复合体并激活自噬。

mTORC2 的磷酸化能激活Akt(PKB)和Atg1抑制自噬,也可上调HIF1A(hypoxia-inducible factor 1A)的表达。

Fig.3 mTOR上游示意图Fig.4 mTOR下游示意图3.3 miRNA对细胞自噬的调控microRNA(miRNA)是一类长约22 nt的内源性非编码小RNA分子,在转录后水平调控基因的表达。

研究表明,miRNA参与细胞生长发育、炎症、肿瘤、衰老、凋亡等多种生理病理过程。

近年来,还发现miRNA参与了细胞自噬调控,在自噬的发生和形成中发挥重要作用。

miRNA与其靶mRNA 3′-UTR 部分互补序列配对,通过降解mRNA和/或抑制蛋白翻译来调控基因表达,并且miRNA与其靶mRNA的序列同源性决定了是降解mRNA还是抑制翻译。

营养饥饿、缺氧、雷帕霉素等可诱导细胞自噬,但多数miRNA在自噬过程的不同阶段可通过作用于Atg蛋白以拮抗这种诱导作用,抑制细胞自噬,对细胞造成伤害,且无细胞特异性。

在正常生长条件下,抗凋亡蛋白家族Bcl-2(包括Bcl-2、Bcl-xL、Mcl-1、 A1、Bcl-W和Rubicon)与Beclin1结合能力最强,Beclin1 BH3结构域与Bcl-2和/或Bcl-xL的疏水沟互作,负调控Beclin1-Vps34 PI3K-p150核心复合体的形成和活性,形成Beclin1同源二聚体抑制自噬;当自噬被诱导时, Beclin1与Bcl-2解离启动自噬。

此外,Beclin1 CCD(coiled-coil domain)结构域也可与 Bcl-2和/或Bcl-xL的BH4结构域互作,但miR376b、miR-216a、miR-30a、miR-30d都可靶向Beclin1,抑制其表达,减弱Beclin1与Bcl-2 的结合和解离能力,从而调控自噬。

Atg9作为唯一的跨膜蛋白,定位于PAS、线粒体和高尔基复合体,启动脂质从生物膜转运到PAS,介导组装完整的囊泡膜,但miR-34a抑制Atg9A 表达,中断囊泡成核。

Atg14L可以调节脂激酶Vps34活性,并可募集ULK1以使Beclin1磷酸化,但miR-195靶抑制Atg14,以抑制细胞自噬。

PI3KC3是PI3K 复合体的核心蛋白,miR-338-5p通过抑制PI3KC3的表达,阻断囊泡成核,从而负调控细胞自噬。

3.4 细胞自噬调控的其他机制caspase属于半胱天冬氨酸蛋白酶(cysteinyl containingaspartate-specific protease),在正常细胞中,caspase以无活性的酶原形式存在。

MOMP (mitochondrialouter membrane permeabilisation)是激活caspase 的主要机制之一,细胞色素C进入到细胞质启动凋亡复合体的形成,激活caspase-9,caspase-9被裂解后激活caspase-3和caspase-7。

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