2019-08-14 00:07:01
细胞生物学隔室和复杂性

Ludwig-Maximilians-Universitaet(LMU)生物学家已经仔细研究了模型植物中蛋白质和代谢中间体的亚细胞分布。该研究的结果为细胞代谢过程的动态提供了新的见解。

真核细胞 - 在这种情况下,植物细胞 - 含有多种亚细胞区室,其中发生特定的酶促反应。除了由细胞内膜界定的经典细胞器之外,细胞质的可溶相(通常称为胞质溶胶)是确定的代谢转化的位点。人们对这些不同区室中的代谢过程如何受到调节和协调的了解很少。以生物学家ThomasNägele(LMU进化植物细胞生物学教授)为首的团队以拟南芥(Arabidopsis thaliana)为模型,成功地量化了叶细胞中多种蛋白质和代谢物的亚细胞分布,从而揭示这些细胞中代谢动力学的新方面。该研究发表在The Plant Journal上。

Nägele说:“通常情况下,环境因素对植物新陈代谢的影响只能模糊不清,因为植物细胞不能以必要的精确度进行检测。” “例如,如果某些新陈代谢产物在环境压力下积累,就不可能确定它们实际建立的细胞究竟在哪里 - 无论是在充满液体的植物液泡中,还是用作储藏室,线粒体为细胞提供能量,在细胞质中发生许多代谢反应,或在其他地方。“他和他的同事现在已经修改了一种传统的方法 - 称为“非水分馏” - 使其与高通量分析相容。通过这种方法,可以将细胞拆分成它们的组件隔室,并且可以分别分析每个细胞的内容。

新的分馏策略使LMU研究人员能够证明细胞溶质酶己糖激酶中的一种致残突变对叶绿体(光合作用位点)和线粒体中发生的过程有显着影响。己糖激酶催化碳水化合物的磷酸化。在这样做时,它能够生产许多其他代谢途径所需的中间体,包括植物呼吸。 “我们的研究结果表明,当己糖激酶有缺陷时,葡萄糖在细胞质中积累 - 这伴随着液泡中葡萄糖水平的升高,而线粒体中氨基酸甘氨酸和丝氨酸的浓度显着降低,”Nägele解释。

这两种氨基酸是称为光呼吸的重要代谢途径的中心中间体,其基本上抵消光合作用并且特别是受干旱胁迫刺激。因此,己糖激酶的突变最可能降低细胞的光呼吸能力。这一假设得到进一步分析突变对已知在调节光呼吸中起重要作用的蛋白质的影响的支持。 “我们的研究表明,在亚细胞水平的分析可以揭示控制植物代谢的调节机制的核心原则,”Nägele说。 “我们改进的方法使我们能够识别出现在可用于未来研究的新标记。”

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