关闭
“人体发电站”:细胞中的分子机器如何运转
文/佚名      2017/12/16

  

“人体发电站”:细胞中的分子机器如何运转

  人体的每个细胞都是一个布满机器的车间,机器分布在线粒体膜里,用来生产ATP(三磷酸腺苷)。ATP是“人类的汽油”,是整个机体的动力源泉。线粒体有着“微观能量中心”之称,数百万亿线粒体每时每刻都在质子牵引的机器设备的运转声中“轰鸣不止”。磷酸盐穿过容器进入小洞,通过质子流获得新的化学属性,然后通过软管进入线粒体,与其他磷酸盐一起形成ATP分子。

  难道这种工业场面存在于我们的机体中吗?细胞中的这些“机器”从哪儿来?质子又来自哪里?难道这些类似超市转门的设备数以百万计地“住”在我们体内?

  所有这些问题和答案均来自于微生物学家和生物物理学家,他们希望了解人们吃下的各种食物如何转化为为身体每块肌肉提供能量的物质。转化循环十分复杂,以至于详尽阐释可能要写本书。简言之,就是食物被咀嚼和吞咽后进入胃,在那里经历各种形态变化,以便后续吸收。在各种酶的作用下,食物在肠道内进一步消化,碳水化合物在这里转化为葡萄糖,油脂和蛋白质在这里得到分解。

  随后葡萄糖进入细胞,在那里一分为二,然后以这种形式(被称为丙酮酸盐)进入线粒体。

  线粒体是大部分生物体(动物、植物、真菌)细胞不可或缺的组成部分。一种说法是,线粒体曾以独立的机体形式存在,不在我们体内,因此至今仍保留着自己独特的(线粒体)基因组。也就是说,人体的每个细胞中都有这种有着独特基因组的物质!但曾几何时,还在古时,它们曾与我们的细胞融合在一起,为将食物转化为能量提供保障。这种合作富有成效,对两种机体都有利,被称为“共生”,延续至今。

  这样一来,(在三羧酸循环中)葡萄糖的一部分——丙酮酸盐进入线粒体后,被逐步氧化。

  线粒体内不远处有烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD,简称辅酶I),其形成过程中氧化产生的能量引发质子分解。

  这一复杂的转化循环中终于出现那个合成ATP分子所必需的质子了!从这张主插图可以看出,这些质子在进入“机器”前,在线粒体膜下方飞速移动。实际上,直至今日,科学家仍不理解,它们是如何进入“机器”的。毕竟这些质子可以漂到它们任何想去的地方!但不知为何它们一直待在线粒体膜附近,直接在“机器”入口处“扎堆”。俄罗斯国家研究型工艺技术大学“莫斯科国立钢铁合金学院”(NUST MISiS)研究人员联合奥地利林茨约翰内斯·开普勒大学生物物理学院的专家经过缜密实验得知了其中的奥秘。

  MISiS理论物理和量子技术教研室工作人员谢尔盖·阿基莫夫解释称:“质子以水为介质在线粒体中移动。众所周知,水分子由两个氢原子和一个氧原子组成。除水分子内部的化学键外,这些原子还与邻近水分子形成较弱的联系,被称为氢键。线粒体膜表面附近的水分子内部化学键比较特别,因为一面是水,一面是膜。而膜附近的氢键则是另外一回事,数量和结构都不同。质子正是以它们为‘轨道’沿线粒体膜向前推进。我们的研究显示,质子‘喜欢’这种结构,它不会深入叶粒体内部,而是沿膜高速移动。”

  这样一来,质子就被“俘获”,用来形成人体最主要的能量分子——ATP。ATP为我们的所有动作提供能量,维持恒定体温。它是万能的“蓄电池”,可为细胞内发生的大多数反应提供能量。这样一来,蛋白质、碳水化合物、脂肪的合成、鞭毛和纤毛的运动、物质运输、细胞排泄就有了保障。ATP分解会释放我们所需的能量。

  以上基础研究成果帮助科学家进一步了解细胞能量产生的普遍机制,为药理学开启广阔前景。这一成果可用于研制解毒药剂,预防甲亢等相关疾病。产生这些疾病时,线粒体中会聚集解偶联物质——脂溶性的弱酸,造成质子渗漏,从而减少ATP的总体合成。俄罗斯科学家的新发现为从细胞入手如何恢复能量指引了方向。

分享到:
Copyright©2016 gzscb.org    贵州细胞科技网    黔ICP备15013926号