一個(gè)細(xì)胞的內(nèi)部運(yùn)作涉及到不計(jì)其數(shù)的單個(gè)分子，它們參與到重復(fù)循環(huán)的相互作用之中來(lái)維持生命。蛋白質(zhì)形成就是這種生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。

 

賓夕法尼亞大學(xué)的Joshua B. Plotkin教授說(shuō)，由于蛋白質(zhì)是細(xì)胞功能的基礎(chǔ)構(gòu)件，科學(xué)家們一直以來(lái)對(duì)于細(xì)胞生成蛋白質(zhì)的機(jī)制都極其地感興趣。

 

“蛋白質(zhì)翻譯對(duì)于所有的活細(xì)胞均極為重要。細(xì)胞借助于這一機(jī)制將遺傳信息轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蛘嬲秊樗鍪碌膶?shí)體，使得細(xì)胞能夠感知環(huán)境和生長(zhǎng)，”Plotkin說(shuō)。

 

在一項(xiàng)最新的研究中，Plotkin和博士后研究人員、文理學(xué)院的Premal Shah利用一種計(jì)算機(jī)模型，闡明了細(xì)胞中蛋白質(zhì)翻譯的限速機(jī)制。他們的研究發(fā)表發(fā)表在近期的《細(xì)胞》（Cell）雜志上。

 

與英國(guó)的科學(xué)家們展開(kāi)合作，由賓夕法尼亞大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的這一科研小組在酵母細(xì)胞中構(gòu)建了一個(gè)蛋白質(zhì)翻譯的理論模型?；谝粡埡颂求w與信使RNAs（mRNAs）的實(shí)驗(yàn)快照推導(dǎo)出的參數(shù)，該模型模擬出了蛋白質(zhì)的翻譯過(guò)程。

 

mRNAs是翻譯開(kāi)始的一個(gè)重要組成部分。隨著核糖體沿著mRNA鏈移動(dòng)，解碼它的遺傳信息，其形成了一條機(jī)械裝配線，以mRNA指定的序列翻譯出氨基酸鏈。

 

核糖體從細(xì)胞的其他地方獲得氨基酸。稱作為tRNAs的轉(zhuǎn)移RNAs，將氨基酸運(yùn)送到正在進(jìn)行蛋白質(zhì)翻譯的核糖體處。tRNA的作用是將mRNA密碼子與對(duì)應(yīng)的氨基酸聯(lián)系一起。氨基酸的排列順序決定了構(gòu)建出的蛋白質(zhì)類型。在這一過(guò)程結(jié)束之時(shí)，蛋白質(zhì)會(huì)從核糖體釋放出來(lái)，在細(xì)胞內(nèi)開(kāi)始發(fā)揮其作用。

 

我們可以將核糖體、轉(zhuǎn)移RNA和信使RNA的行為，比作是一組人試圖利用電梯來(lái)去到一個(gè)更高的樓層。

 

關(guān)鍵的問(wèn)題是，是什么延遲了每個(gè)人到達(dá)更高樓層的時(shí)間——是因?yàn)槿藗冃枰獣r(shí)間來(lái)尋找電梯還是電梯自身的速度？如果電梯移動(dòng)很慢，我們期望能夠找到等候在底層的大群的人，以及更多在電梯上的人。而如果電梯移動(dòng)迅速，那么延遲就是因?yàn)槿藗兪紫然ㄙM(fèi)了時(shí)間來(lái)尋找電梯所致。

 

那么同樣的，在細(xì)胞中，是什么減慢了核糖體解碼mRNAs信息的速度呢？

 

是由于核糖體結(jié)合mRNA起始序列的頻率（這一過(guò)程在生物學(xué)中稱作翻譯起始），還是隨后核糖體沿著mRNA鏈移動(dòng)（這一過(guò)程稱作為翻譯延伸）的速度導(dǎo)致了延遲呢？

 

結(jié)果表明，答案取決于細(xì)胞的環(huán)境，以及它的壓力水平。

 

在正常情況下，核糖體供不應(yīng)求，因此主要的瓶頸在于起始步驟。科學(xué)家們推斷，長(zhǎng)mRNAs的起始速度甚至更慢。

 

這一發(fā)現(xiàn)有助于解決一個(gè)激烈的爭(zhēng)論：是起始還是延伸限制了細(xì)胞中蛋白質(zhì)生成的速度。

 

Plotkin說(shuō)：“我們證實(shí)，對(duì)于健康細(xì)胞中的正?；颍坞x核糖體的起始速度限制了翻譯的步伐。這在進(jìn)化上確實(shí)很有意義。相比于tRNA，生成核糖體所需要付出的代價(jià)更大。因此對(duì)于細(xì)胞而言最好是有所節(jié)制，核糖體略少一些，tRNAs略多一點(diǎn)?！?/SPAN>

 

對(duì)于健康細(xì)胞而言是這種情況。而當(dāng)細(xì)胞受到壓力時(shí)，情況會(huì)發(fā)生改變。這時(shí)蛋白質(zhì)的翻譯速度受到延伸的限制。這時(shí)因?yàn)閴毫?xì)胞耗盡了氨基酸，因此只有較少的tRNAs可供延伸利用。核糖體必須用更長(zhǎng)的時(shí)間等待tRNA將對(duì)應(yīng)的氨基酸帶到mRNA的每個(gè)區(qū)段。

 

研究人員發(fā)現(xiàn)，壓力細(xì)胞可以讓蛋白質(zhì)工廠處于待命狀態(tài)。

 

“通過(guò)在壓力下減慢起始速度，細(xì)胞降低了它的預(yù)期需要，實(shí)際上得到了相對(duì)較多的蛋白質(zhì)產(chǎn)量。你可以將之比作，如果沒(méi)有足夠的汽油，就嘗試不要按每小時(shí)60英里的速度開(kāi)車，那么你就可以去到你要去的地方，”Plotkin說(shuō)。

 

研究人員發(fā)現(xiàn)，是起始或是延伸限制蛋白質(zhì)翻譯的速度，取決于細(xì)胞的環(huán)境。

 

研究人員表示，了解了這一過(guò)程的運(yùn)作機(jī)制，將有助于各種生物技術(shù)應(yīng)用。例如，就諸如胰島素等有益蛋白質(zhì)而言，科學(xué)家們可以找到一些方法來(lái)優(yōu)化細(xì)胞的蛋白質(zhì)生成。