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    Nature:蛋白酶體如何保持平衡(如何保持生態(tài)平衡
    ?)

    中醫(yī)世家 2024-06-06 20:13:24

    Nature:蛋白酶體如何保持平衡

    2016年08月21日訊 細(xì)胞中的蛋白酶體(proteasomes)是所有真核生物中負(fù)責(zé)清除細(xì)胞內(nèi)垃圾的除溶酶體以外的水解體系

    ,能夠從堿性
    、酸性和中性氨基酸的羧基側(cè)水解多種與遍在蛋白連接的蛋白質(zhì)底物。因此蛋白酶體的平衡具有至關(guān)重要的作用

    近期一組研究人員發(fā)現(xiàn)了一種進(jìn)化上保守的維持蛋白酶體平衡的途徑

    ,即利用蛋白激酶 TORC1 調(diào)控細(xì)胞中蛋白酶水平
    。也就是說在適應(yīng)性應(yīng)激反應(yīng)發(fā)生過程中
    ,TORC1蛋白會受到抑制,從而影響到下游信號

    我們體內(nèi)的細(xì)胞利用各種各樣的系統(tǒng)來分解及回收受損或是無用的蛋白質(zhì)

    ,將這些垃圾清除掉以維持正常的功能。一種被稱作為泛素(ubiquitins)的多肽在蛋白質(zhì)降解過程中扮演著重要的角色
    ,它像標(biāo)簽一樣貼在需要降解的蛋白質(zhì)上
    ,由此細(xì)胞能夠?qū)⑦@些蛋白質(zhì)識別為垃圾。

    泛素調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)降解是一個精細(xì)控制的過程

    ,首先有待降解的蛋白質(zhì)被泛素所標(biāo)記
    ,接著這些蛋白質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的蛋白質(zhì)酶復(fù)合體中,蛋白酶復(fù)合體是一個上下有蓋的圓桶狀酵素
    ,它們?nèi)缤?xì)胞的垃圾桶
    ,專門負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)的分解及再循環(huán)利用
    ,這種重要因子的需要一種RACs(伴侶蛋白)的協(xié)助作用
    ,負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)顆粒的裝配,在應(yīng)激條件下
    ,還會使用一種叫作Adc17伴侶蛋白幫助生成更多蛋白酶體

    一直以來,科學(xué)家們都希望能了解應(yīng)激如何引發(fā)Adc17水平上升

    ,為此研究人員進(jìn)行了深入研究
    ,發(fā)現(xiàn)了一種演化保守的信號通道控制了酵母和哺乳動物體內(nèi)的蛋白酶體平衡。他們發(fā)現(xiàn)在做出適應(yīng)性應(yīng)激反應(yīng)時
    ,TORC1蛋白質(zhì) (哺乳動物體內(nèi)的mTOR)會受到抑制
    。因此,下游信號分子:酵母中的Mpk1酶或哺乳動物中的Erk5酶不僅確保了RACs供應(yīng)會增加
    ,還保證了蛋白酶體亞基供應(yīng)增加

    由于蛋白酶體的重要作用,科學(xué)家們也紛紛聚焦于此,近期來自美國萊斯大學(xué)和德克薩斯大學(xué)MD安德森癌癥中心的研究人員發(fā)現(xiàn)某些侵襲性肺癌細(xì)胞中免疫蛋白酶體(immunoproteasome)這個蛋白的表達(dá)顯著降低

    ,該蛋白是“給免疫系統(tǒng)的T細(xì)胞發(fā)信號去攻擊病變細(xì)胞”這個過程中的一個關(guān)鍵因子
    。研究人員認(rèn)為,也許有可能提高這些蛋白質(zhì)的生產(chǎn)
    ,來推翻細(xì)胞的逃逸機(jī)制
    。揭開癌細(xì)胞免疫逃逸的“詭計”

    此外,馬普生物物理化學(xué)研究所(MPI)的一個科學(xué)家小組以1.8埃(

    ?)這一以前所未有的分辨率成功確定了人類蛋白酶體的三維結(jié)構(gòu)--他們精確描繪出了每個原子在這一垃圾處理設(shè)施中的位置

    研究人員發(fā)現(xiàn)了有關(guān)蛋白酶體活性位點的一個重要細(xì)節(jié)。這一活性位點使得蛋白酶體能夠降解細(xì)胞的垃圾

    ,它是抑制劑藥物結(jié)合來關(guān)閉蛋白酶體活性的位點
    。與普遍的看法相反,抑制劑和蛋白酶體活性位點的化學(xué)反應(yīng)形成了一個7-環(huán)結(jié)構(gòu)
    ,其中包含了一個額外的亞甲基
    。研究人員解釋說。這對于抑制劑的療效和化學(xué)機(jī)制具有深遠(yuǎn)的影響

    如何保持生態(tài)平衡?

    1.影響生態(tài)平衡的因素影響生態(tài)平衡的因素是十分復(fù)雜的

    ,是各種因素的綜合效應(yīng)
    。一般將這些因素分為自然因素和人為因素。自然因素主要指自然界發(fā)生的異常變化
    。人為因素主要指人類對自然資源的不合理開發(fā)利用
    ,以及當(dāng)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展所帶來的環(huán)境問題等。如工業(yè)化的興起
    ,人類過高地追求經(jīng)濟(jì)增長
    ,掠奪式地開發(fā)土地、森林
    、礦產(chǎn)
    、水資源、能源等自然資源
    ;同時
    ,工業(yè)“三廢”中有毒、有害物質(zhì)大量的排放
    ,超出了自然生態(tài)系統(tǒng)固有的自我調(diào)節(jié)
    、自我修補、自我平衡能力和生長力極限
    ,致使全球性自然生態(tài)平衡遭到嚴(yán)重破壞

    人類對生態(tài)平衡的破壞主要有以下三種情況:

    (1)物種改變造成生態(tài)平衡的破壞人類在改造自然的過程中,往往為了一時的利益,采取一些短期行為

    ,使生態(tài)系統(tǒng)中某一種物種消失
    ,或盲目向某一地區(qū)引進(jìn)某一生物,結(jié)果造成整個生態(tài)系統(tǒng)的破壞
    。例如
    ,澳大利亞本沒有兔子,后來從歐洲引進(jìn)以作肉用并生產(chǎn)皮毛
    。引進(jìn)后
    ,由于沒有天敵,在短時間內(nèi)大量繁殖
    ,以致草皮
    、樹木被啃光,達(dá)到一種“談兔色變”的地步
    。雖耗大量人力
    、物力捕殺但收效甚微,最后
    ,引進(jìn)了一種病菌
    ,才控制了這場危機(jī)。我國20世紀(jì)50年代大量捕殺麻雀
    ,造成某些地區(qū)蟲害嚴(yán)重等
    。在日常生活中,人們亂捕濫殺
    ,收割式地砍伐森林
    ,長此以往,勢必造成某些物種減少甚至滅絕
    ,從而導(dǎo)致整個生態(tài)系統(tǒng)平衡的破壞

    (2)環(huán)境因素改變導(dǎo)致生態(tài)平衡的破壞這主要是指環(huán)境中某些成分的變化導(dǎo)致失調(diào)。隨著當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷進(jìn)步

    ,大量的污染物進(jìn)入環(huán)境
    。這些有毒有害的物質(zhì)一方面會毒害甚至毀滅某些種群
    ,導(dǎo)致食物鏈斷裂
    ,破壞系統(tǒng)內(nèi)部的物質(zhì)循環(huán)和能量流動,使生態(tài)系統(tǒng)的功能減弱以至喪失
    ;另一方面則會改變生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境因素
    。例如,隨著化學(xué)
    、金屬冶煉等工業(yè)的發(fā)展
    ,排放出大量二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物
    、碳?xì)浠衔?div id="jfovm50" class="index-wrap">、氧化物以及煙塵等有害物質(zhì),造成大氣
    、水體的嚴(yán)重污染
    ;制冷劑漏入環(huán)境中引起臭氧層變薄
    ;除草劑
    、殺蟲劑和化學(xué)肥料的使用,導(dǎo)致了土質(zhì)的惡化等
    。這些環(huán)境因素的變化
    ,都有可能改變生產(chǎn)者、消費者和分解者的種類和數(shù)量
    ,從而破壞生態(tài)系統(tǒng)的平衡

    (3)信息系統(tǒng)的改變引起生態(tài)平衡的破壞信息傳遞是生態(tài)系統(tǒng)的基本功能之一。信息通道堵塞

    ,正常信息傳遞受阻
    ,就會引起生態(tài)系統(tǒng)的改變,破壞生態(tài)系統(tǒng)的平衡
    。生物都有釋放出某種信息的本能
    ,以驅(qū)趕天敵、排斥異種
    ,取得直接或間接的聯(lián)系以繁衍后代等等
    。例如,某些昆蟲在交配時
    ,雌性個體會產(chǎn)生一種體外激素——性激素
    ,以引誘雄性昆蟲與之交配。如果人類排放到環(huán)境中的某些污染物與這種性激素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)
    ,使性激素失去了引誘雄性昆蟲的作用
    ,昆蟲的繁殖就會受到影響,種群數(shù)量會下降
    ,甚至消失
    。總之
    ,只要污染物質(zhì)破壞了生態(tài)系統(tǒng)中的信息系統(tǒng)
    ,就會有因功能而引起結(jié)構(gòu)改變的效應(yīng)產(chǎn)生,從而破壞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和整個生態(tài)的平衡

    當(dāng)今全球性自然生態(tài)平衡的破壞

    ,主要表現(xiàn)為森林面積大幅度減少
    ,草原退化,土地沙漠化
    、鹽堿化
    ,水土流失嚴(yán)重,動植物資源銳減等

    2.研究生態(tài)平衡需要注意的問題(1)生態(tài)平衡是動態(tài)的平衡生態(tài)系統(tǒng)中的生物與生物

    、生物與環(huán)境以及環(huán)境各要素之間不可能存在絕對平衡。就系統(tǒng)中的生物成分而言
    ,不僅植物——動物——微生物之間存在著相互制約的關(guān)系
    ,使它們在數(shù)量上,甚至在種類之間增增減減
    ,在植物
    、動物和微生物各自的群落乃至種群內(nèi)部亦有競爭、排斥
    、共生
    、互助等相生相克的關(guān)系不斷發(fā)生。生物通過能流
    、物流和信息流不斷調(diào)整系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能
    ,使生態(tài)系統(tǒng)處于動態(tài)的平衡之中。

    (2)生態(tài)平衡是相對的

    ,是發(fā)展
    、變化著的由于生態(tài)系統(tǒng)自身的不斷發(fā)展,以及外部條件的變化
    ,原有的平衡總是要被打破
    。當(dāng)舊的生態(tài)系統(tǒng)平衡被破壞以后,在新的條件下
    ,將建立起新的生態(tài)系統(tǒng)平衡
    。在這方面,生物進(jìn)化的幾個階段給我們提供了很好的例證
    。生物的進(jìn)化就是不斷地從一個穩(wěn)定狀態(tài)飛躍到另一個穩(wěn)定狀態(tài)的過程

    生態(tài)系統(tǒng)是一個耗散結(jié)構(gòu),它的有序性主要體現(xiàn)在生態(tài)系統(tǒng)的平衡上

    。生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)外各種因素的變化
    ,特別是一些重要因素的變化,包括自然的和人為的
    ,必然使系統(tǒng)的有序性發(fā)生改變
    ,從有序狀態(tài)到無序狀態(tài)
    。在新的條件下
    ,生物與生物
    、生物與環(huán)境通過自身組織或人工調(diào)節(jié),使無序狀態(tài)又重新恢復(fù)到有序狀態(tài)
    。生態(tài)系統(tǒng)就是從有序——無序——有序
    ,從低層次有序發(fā)展到高層次有序。因此
    ,生態(tài)平衡不是最后的平衡
    ,是由低級到高級,由簡單到復(fù)雜
    。人類正是利用這一點
    ,不斷建立更符合人類需要的各種人工、半人工生態(tài)系統(tǒng)

    (3)生態(tài)系統(tǒng)的平衡不是保持原始狀態(tài)從人類的需求和社會的發(fā)展來看

    ,保持原始狀態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)是沒有必要的。原始狀態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)所生產(chǎn)的物質(zhì)
    ,無論是種類還是數(shù)量都不能滿足現(xiàn)今人類社會的需要
    。只有遵循生態(tài)規(guī)律,按照人類的需求
    ,對自然進(jìn)行利用與改造
    ,使生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更合理,功能更高效
    ,才能實現(xiàn)最佳的生態(tài)效益
    。這是我們所期望的,也是能夠達(dá)到的
    。例如
    ,荒山變果園、植樹造林
    、改良土壤等為人類提供了豐富的物質(zhì)財富來源

    3.人類與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展自然環(huán)境是生態(tài)存在和發(fā)展的前提條件。生物體通過與周圍環(huán)境不斷地進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換

    ,來維持自身的生長
    、發(fā)育和繁衍。因此
    ,保護(hù)自然
    、恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的平衡,保持人類與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展
    ,便成為當(dāng)今人類面臨的重要任務(wù)之一

    因為,人類只能以極少數(shù)的農(nóng)作物和動物為食物來源

    ,所以以人類為中心的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單
    。簡單的食物網(wǎng)絡(luò)極不穩(wěn)定
    ,容易發(fā)生大幅度波動。而人類又一味地向大自然超量索取
    ,勢必將進(jìn)一步加劇自身賴以生存的生物圈的破壞
    。由此可知,遏制人類對自然資源的無限需求欲望
    ,保持生態(tài)系統(tǒng)的平衡
    ,實際上是保全人類自身。人類也只有在保持生態(tài)平衡的前提下
    ,才能求得生存和發(fā)展
    。人類的一切活動都必須遵循自然規(guī)律,按照生態(tài)規(guī)律辦事

    (1)合理開發(fā)和利用自然資源

    ,保持生態(tài)平衡開發(fā)自然資源必須以保持生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)平衡為前提。只要重視生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能相互協(xié)調(diào)的原則
    ,就可以保持系統(tǒng)的生態(tài)平衡
    ,同時又可以開發(fā)自然或改造環(huán)境。只有生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能相互協(xié)調(diào)
    ,才能使自然生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)外界的變化
    、不斷發(fā)展,也才能真正實現(xiàn)因地制宜
    ,發(fā)揮當(dāng)?shù)刈匀毁Y源的潛力
    。只有重視結(jié)構(gòu)與功能的適應(yīng),才能避免因結(jié)構(gòu)或功能的過度損害而導(dǎo)致環(huán)境退化的連鎖反應(yīng)

    在利用生物資源時

    ,必須注意保持其一定的數(shù)量和一定的年齡及性別比例。這應(yīng)該成為森林采伐
    、草原放牧
    、漁業(yè)捕撈等生產(chǎn)活動中必須遵循的一條生態(tài)原則,以保證生物資源不斷增殖恢復(fù)
    。否則
    ,就會不可避免地出現(xiàn)資源枯竭,使生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞

    (2)改造自然

    、興建大型工程項目,必須考慮生態(tài)效益改造自然環(huán)境
    ,興建大型工程項目
    ,必須從全局出發(fā),既要考慮眼前利益,又須顧及長遠(yuǎn)影響
    ;既要考慮經(jīng)濟(jì)效益
    ,又要考慮生態(tài)平衡。生態(tài)平衡的破壞后果往往是全局性的
    、長期的
    、難以消除的
    。例如
    ,興修水利既要考慮水資源的利用,又要考慮由此引起的生態(tài)因素的變化
    。否則
    ,一旦造成生態(tài)環(huán)境的惡化,后果將不堪設(shè)想

    埃及20世紀(jì)70年代初竣工的阿斯旺大壩就是例證

    。該壩的建成在電力、灌溉
    、防澇等方面帶來了有益的一面
    ,然而卻因破壞了尼羅河流域的生態(tài)平衡,引起了一系列未曾料想的嚴(yán)重后果
    。尼羅河發(fā)源于埃塞俄比亞
    ,流經(jīng)蘇丹和埃及而入地中海,在埃及入?div id="d48novz" class="flower left">
    ?谛纬煞饰值娜侵?div id="d48novz" class="flower left">
    。千百年來,河水的定期泛濫
    ,給三角洲帶來了土壤養(yǎng)分
    ,沖洗了鹽分,又給地中海帶去了營養(yǎng)成分
    ,著名的沙丁魚即產(chǎn)于此地
    。大壩建成之后,河水不再泛濫
    ,土地缺少肥源
    ,鹽漬化威脅日益加重。同時地中海也因缺少養(yǎng)分來源
    ,浮游生物減少
    ,魚類生產(chǎn)受到損失,沙丁魚的產(chǎn)量由未建壩時即1965年的15000噸降到1968年的500噸
    。水庫完工后的1971年幾乎不產(chǎn)沙丁魚了
    。此外,水庫的修建改變了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)條件
    ,使得血吸蟲病和瘧疾患者都增多了

    阿斯旺大壩雖然有利于埃及的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

    ,但也使埃及付出了沉重的代價。我國也有類似的情況
    ,如葛洲壩的建立
    ,忽略了魚、蟹等的回游生殖規(guī)律
    ,后來經(jīng)一些生態(tài)學(xué)家建議
    ,采取人工投放魚苗并輔以相應(yīng)的其他措施,才保證了長江流域的漁業(yè)生產(chǎn)
    。因此
    ,對于重大工程必須審慎從事,事前應(yīng)充分論證
    ,像三峽工程一樣充分考慮到可能發(fā)生的生態(tài)平衡破壞的后果
    ,并盡可能制定相應(yīng)的預(yù)防措施。

    (3)大力開展綜合利用

    ,實現(xiàn)自然生態(tài)平衡在自然生態(tài)系統(tǒng)中
    ,輸入系統(tǒng)的物質(zhì)可以通過物質(zhì)循環(huán)反復(fù)利用。在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中運用這個規(guī)律
    ,可以綜合開發(fā)利用自然資源
    ,將生產(chǎn)過程中排出的“三廢”物質(zhì)資源化、能源化和無害化
    ,減少對環(huán)境的沖擊
    。總之
    ,人類在改造自然的活動中
    ,只要尊重自然,愛護(hù)自然
    ,按自然規(guī)律辦事
    ,就一定能夠保持或恢復(fù)生態(tài)平衡,實現(xiàn)人與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展

    蛋白酶體的進(jìn)化

    大腸桿菌中的HslV(藍(lán)色)和HslU復(fù)合物(紅色)

    。這一由熱休克蛋白組成的復(fù)合物被認(rèn)為類似于現(xiàn)在蛋白酶體的祖先。
    20S蛋白酶體在真核生物中廣泛存在且必不可少
    。一些原核生物
    ,包括許多古菌和細(xì)菌中的放線菌也含有20S蛋白酶體的同源體,即大多數(shù)細(xì)菌都含有的熱休克基因hslV和hslU
    ,這兩個基因所編碼的蛋白質(zhì)可以形成雙層環(huán)狀多聚體和ATP酶
    。 一些研究者認(rèn)為HslV蛋白很可能類似于20S蛋白酶體的祖先。 一般來說,HslV蛋白對于細(xì)菌不是必要的
    ,且并非所有的細(xì)菌都含有這一蛋白
    ,而原生生物同時含有20S蛋白酶體和HslV蛋白系統(tǒng)。
    序列分析顯示
    ,催化性的β亞基在進(jìn)化過程中分化得比結(jié)構(gòu)性的α亞基要早
    。表達(dá)20S蛋白酶體的細(xì)菌中,其β亞基與古菌以及真核生物的β亞基具有高度的序列相似性
    ,而α亞基的序列相似程度則低得多
    。細(xì)菌中存在20S蛋白酶體可能是基因水平轉(zhuǎn)移的結(jié)果,而真核生物中各亞基的分化則應(yīng)是多次基因重復(fù)的結(jié)果

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