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为何蛋白质要经历“生死轮回”

 零壹贰012 2024-01-22 发布于湖北

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蛋白质


蛋白质是生命活动的主要参与者。在细胞中,蛋白质发挥着多种功能:它可以作为酶来催化各种生物化学反应,也可以作为通道或转运蛋白帮助细胞进行物质交换,还可以作为细胞骨架为细胞结构提供支撑。可见,蛋白质在细胞内扮演着非常重要的角色。

蛋白质的重要性决定了它的“生”与“死”都是细胞不可或缺的生理过程。在细胞中,蛋白质是由核糖体根据编码它们的信使RNA序列合成的。组成蛋白质的基本单位是氨基酸,每个氨基酸都由三个碱基组成的密码子来编码。

例如,赖氨酸的密码子可以是三个腺嘌呤,用缩写表示就是AAA。不过,蛋白质并不只是氨基酸序列的线性连接,它们还会经历折叠过程,形成具有复杂结构和功能的三维最终产物。人体是一个动态系统,细胞中总有一些蛋白质处于被降解的过程,即“死去”的过程。被降解的蛋白质会变为其基本组成单位——氨基酸,随后,这些氨基酸会被重新使用,再次合成新的蛋白质。

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为什么蛋白质一定要经历“生死轮回”呢?合成一个蛋白质后,就让细胞“用一辈子”,不是更好吗?比如,只要细胞活着就一直用这个蛋白质,如果细胞分裂成两个,蛋白质的浓度降低了一半,就合成新的蛋白质来补充这个缺口。显然,这种方法更节约能量,为什么要将合成好的蛋白质又降解掉呢?
蛋白质必须经历“生死轮回”,其实背后有多种原因。首先,蛋白质有一定的“使用寿命”,例如,在细胞中,蛋白质可能会经历氧化或其他化学反应,导致其氨基酸侧链受损。其次,蛋白质虽然经过折叠形成特定的三维结构(即构象),但其构象并非一成不变。然而,构象发生改变的蛋白质可能不具备正常功能,甚至会发生聚集,导致细胞损伤。总之,随着时间的流逝,蛋白质可能会出现问题,因此细胞必须适时降解它们,以便合成新的蛋白质。

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细胞要降解蛋白质的另一个原因是,有些蛋白质的功能是暂时的。比如,细胞目前的生长阶段需要合成某种化学物质,所以需要一种酶(一种特殊的蛋白质)来负责这一化学物质的合成;一旦该生长阶段结束,细胞就不再需要这种酶,它就会被降解掉。此外,有些蛋白质被降解还与细胞增殖调控密切相关——机体会通过降解蛋白质防止细胞过度增殖。

因此,细胞通过不断降解蛋白质,同时合成新的蛋白质,一方面能保证蛋白质都处在“保质期”内,另一方面可以时刻维持当前所需的蛋白质种类。尽管这种做法看起来很浪费,但实际上是维持蛋白质动态平衡的有效手段。

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本文节选自《百科知识》2024.01B

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