读懂2013诺奖,发现世界更奇妙

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   2013年诺贝尔生理学或医学奖:
  获奖人:美国的詹姆斯- E·罗斯曼、兰迪- W·谢克曼和德国的托马斯- C·苏德霍夫
  获奖理由:发现了细胞囊泡运输系统的运行与调节机制,破解了细胞“寄包裹”的秘密
   2013年诺贝尔物理学奖:
  获奖人:比利时的弗朗索瓦·恩格勒和英国的彼得·希格斯
  获奖理由:从理论上预言了希格斯玻色子的存在,人类关于物理世界的一系列假说因此产生
   2013年诺贝尔化学奖:
  获奖人:美国科学家马丁·卡普拉斯、迈克尔·莱维特和亚利耶·瓦谢尔
  获奖理由:用计算机揭开化学反应的奥秘,将传统的化学实验搬到了虚拟世界
   2013年诺贝尔生理学或医学奖:
  亲,寄去的囊泡收到了吗
  “吹泡泡”的细胞
  这3位科学家的发现可能让你眼前一亮,那就是他们发现了细胞是能够“吹泡泡”的!没错,如果在电子显微镜下,你能看到一个个定格在“吹泡泡”瞬间的细胞们,而这些“泡泡”对细胞来讲,意义重大,它们吃喝拉撒全靠这“泡泡”。
  这事情还得从细胞膜说起,也就是细胞最外边那层边界。这层细胞膜着实不简单,它是由一类被称为磷脂的分子作为基本成分的,这种分子和我们常说的脂肪有几分相像。它是一种半液态的状态,在上面还“漂浮”混杂着一些蛋白质分子。这种半液态的膜很柔软,可以脱落下一部分,也可以和其他的膜融合。
  你可以这样想象,一个水滴表面布满了薄薄的油层,将它和周围的水隔绝了开来,而这个水滴不时会脱落下一个更小的布满油膜的水滴“泡泡”,然后这个小水滴游游荡荡,遇到了相邻的大水滴,两个水滴碰撞在一起,接着合二为一,这是多么奇妙的现象!而在这个过程中,物质被从一个细胞传递到了另一个细胞!
  细胞“货运”之谜被解开了
  细胞膜可以向外释放出囊泡,很多病毒就是通过这样的方式脱离了被感染的细胞,然后去寻找新的宿主细胞。但事情比我们所想象的还要复杂一些,细胞要知道何时释放出囊泡,更要让囊泡到达目的地,而且这种运输还不仅限于细胞之间,甚至在细胞内也能够发生。细胞内部被很多类似细胞膜的膜结构分割成不同的功能区域,这些功能区域之间也通过囊泡进行传递。打个比方,就像我们网上买了东西,卖家会给我们寄包裹一样,细胞与细胞之间,以及细胞自身内部,也有着无数的“包裹”要寄来寄去,这些“包裹”就是细胞囊泡。
  谢克曼发现,细胞中某些基因所合成的蛋白质能够引导细胞内的囊泡运输,使它们运往不同的区域,与那里的膜结构融合。他通过改变这些基因,成功地将囊泡运送到了不同的区域。罗斯曼则更进一步,他发现原来这些蛋白质是镶嵌在囊泡表面的,它们能够和目标区域膜上的蛋白质互补,当囊泡运动到那里的时候,就像握手一样,来自两个膜的蛋白质紧紧“抓”在一起。如果双方不匹配,就“手滑了”,不会发生结合。接下来,就在双方结合的蛋白质的作用下,两个囊泡融合了,就好比水面上两个相互接触的油滴,你用指尖轻轻一蘸,两滴油就被引导融合了,当然,这个比喻并不完全准确。
  来自细胞内部的囊泡还能够与细胞膜融合,像抖袋子一样把里面的东西丢到细胞外去,而事实上这更常见,叫作“胞吐”,我们也可以换个更大众的名字,那就是分泌。苏德霍夫便是从神经细胞入手,研究了这个过程。那些神经细胞发出了很多枝杈般的突起,并且在通过突起相互接触。当一个神经细胞兴奋的时候,它会想办法去刺激下一个神经细胞,通过胞吐的方法释放出神经递质,引起下一个神经细胞的兴奋或抑制。
  而细胞也可以用膜来包裹住环境里面的物质或者水分,然后向内鼓出囊泡,这个过程被称为“胞吞”或者“胞饮”。如人体的吞噬细胞可以用这种方法吞噬病菌,然后在体内消化掉它们,再以胞吐的方式将残渣排出。
  至此,我们可以构建出一幅生物体内物质运输的景象,细胞通过胞吞从体液中获取物质,然后通过胞吐把物质排放到体液中,而在细胞内,囊泡也在传递着各种物质——这便是细胞之中最重要的物质运输景象之一。
  小泡泡,大前景
  根据3名科学家的发现,每个细胞都是一个生产和传送分子的工厂,分子通过细胞周围的囊泡,在正确的时间传送到细胞和身体所需部位。这一成果除去能够更好地让我们了解生命运作的机理外,还有广泛的应用意义。
  例如,他们的基础发现将有助于治疗因为细胞运输混乱而引起的疾病,如肿瘤、神经性疾病、糖尿病以及免疫组织紊乱等。只要掌握了问题所在,我们可以使用药物针对相应的蛋白质,也可以去修正那些对应的基因,从而达到治疗的目的。
  同时,这也给我们送药提供了便利。我们未来也许能够利用这种方式,人工制造一些这样的囊泡,然后把药物填装在里面,这样就能直接将药物导入到目的细胞里面,大大提高了药效。
  另一方面,由于很多病毒都是利用细胞内吞进入细胞内侵染宿主细胞,等在宿主细胞内大量复制后,再通过外排的形式释放到感染者的体液中,如艾滋病的病原体HI V。如果我们能够进一步研究这些机制,就有可能阻断这一传播途径,很多不治之症也将有控制的可能。
  因此,关于细胞囊泡运输的探索之路才刚刚开始,一切仍需我们继续努力。
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