細胞の代謝への入門

Cell Biology

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Summary

細胞の重要な分子がアミノ酸またはヌクレオチドのような個々 のユニットを結合したまたはより小さいコンポーネントに分割します。それぞれ、この責任の反応として同化と異化呼ばれます。これらの反応を必要とするまたは通常 ATP と呼ばれる「高エネルギー」の分子の形でエネルギーを生み出します。一緒に、これらのプロセスは「細胞の代謝」を作り、健康な生体細胞の特徴です。

細胞の代謝にゼウスの導入は、光合成に関する初期の研究からすべての細胞でエネルギー生産に係る最近の発見に至るまで、この分野の豊かな歴史について簡単にレビューします。これは、代謝と彼らはこれらの質問に答えるに適用する一般的な方法を研究する科学者によっていくつかキー質問の議論が続きます。最後に、私たちはどのように現在の研究者は環境ストレスへの暴露に続いて発生する代謝性疾患やそれに伴う代謝の勉強の変化を探っていきます。

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JoVE Science Education Database. 細胞生物学の必需品. 細胞の代謝への入門. JoVE, Cambridge, MA, (2019).

細胞の代謝は細胞内で発生する重要な代謝反応を指します。ほとんどの人は、「新陳代謝」の考える、とき彼らに関連付ける「燃焼」や速報ダウン栄養素の。しかし、細胞生物学代謝には分子、および「同化」新しい生物学的化合物の合成であるの破壊です「異化」が含まれます。これらのプロセスは、エネルギーを細胞に提供し、それぞれのコンポーネントを構築するのに役立ちます。

このビデオは、細胞の代謝の私達の理解に貢献している主要な発見掘り下げされます。私たちはフィールドで重要な質問の検討とこれをフォロー アップよし、テクニックのいくつか現在の代謝経路を研究するために使用します。

細胞代謝の豊かな歴史を詳しく見てみましょう。

1770 から 1805 年の間 4 つの化学者はキーの実験、植物が成長する「質量」を作り出す仕組みを説明する助けを実行。自分の仕事は、日光の下で植物で二酸化炭素と水と酸素と有機物を生産を確立した基本的な光合成反応につながった。、1860 年代の後半とユリウス ・ フォン ・ サックス判断澱粉、砂糖のブドウ糖で構成されているをこの有機材料にしました。

だから、植物は糖を生成します。しかし、我々 はそれを消費します。だから私たちの体の糖にどうなりますか。潜在的な答えがグスタフ ・ エムデン、オットー ・ マイヤーホフ (ドイツ)、およびヤコブ パルナスの解糖作用、ピルビン酸にグルコースを分解する経路が説明した 1930 年に来た。我々 は今その解糖作用はまた ATP やアデノシン三リン酸を生成知っています。

ATP の構造はカール Lohmann によってマイヤーホフの研究室では 1935 年に決定されました。マイヤーホフ (ドイツ) とローマンが ATP が「格納」エネルギーは、ATP のエネルギーが豊富な債券を識別し、これらの債券は、生合成中に活かされる可能性が理論を提供した 1941 年にフリッツ ・ アルベルト ・ リップマンによって確認された提案しました。

並行して、ハンス ・ クレブスは、グルコース、ピルビン酸の酸化が酸、TCA サイクルと略す、トリカルボン酸を形成する繰返し反応の一部であるすべての数によって刺激される可能性が発見。彼の主要な貢献は、オキサロ酢酸、ピルビン酸がクエン酸は、与えたこの酸化シリーズの循環形式に変換することを指摘されました。

1946 年、アルベルト ・ リップマンとネイサン カプラン解明されてピルビン酸をクエン酸と補酵素 a の発見に変換する反応我々 は今そのピルビン酸は TCA サイクル アセチル補酵素 A を形成するこの酵素と対話する知っています。

その後、1950 年代と 1970 年代の間研究者を決定、TCA サイクルの間にリリースされた電子運ぶことができる""ミトコンドリア電子伝達系と呼ばれる経路にあるタンパク質の複合体に。重要なは、1961 年にピーター ・ ミッチェルは、これらの複合体間の電子の移動がプロトン細胞の ATP の大半の生産を運転できる「グラデーション」を生成することを提案しました。

まとめると、光合成の発見、解糖系、TCA サイクル、および電子輸送鎖は、細胞の代謝今残りの今日の研究基盤を形成しています。

これらの歴史的な発見は代謝経路の巨大な洞察を提供している、彼らはまたいくつかの質問に拍車をかけています。未解決のままそれらのいくつかを確認してみましょう。

今日では、研究者が探しているどのように代謝経路で、毒素や放射線のような環境ストレスによって影響を受けます。特に、そのような要因によりし、反応性の高い酸素原子の不対電子を持つ遊離基のような活性酸素種の異常な生産方法に興味があります。これらの分子は他の細胞成分が損傷し、酸化ストレスになります。

酸化ストレスは、細胞の老化と死で、また開始とがんの進行に関与しています。したがって、細胞生物学者は、セルの通常の生理学的プロセス、細胞分裂などに影響を与えるこれらの反応種を決定するのに興味があります。この情報により、彼らはさらに病理学的イベントにこれらの種の役割を推測できます。

最後に、いくつかの研究は、代謝性疾患に興味がある-条件特定の代謝反応が中断されます。体が糖を代謝することができる、糖尿病のような疾患が含まれます。研究者は現在、遺伝子や環境の手がかりは、このような病気に貢献するなどの要因を識別しようとしています。これは最終的に患者のより効果的な治療法開発にそれらを助けます。

今では細胞代謝の分野でいくつかの差し迫った問題を耳にしたことは、科学者は、それらのアドレスに使用している実験技術を確認してみましょう。

生きているセルの多くの異化作用プロセスの究極の目標は、セルで使用される一次エネルギー貯蔵分子である ATP を生成することです。したがって、発光反応の助けを借りてサンプルで ATP を定量化、ATP の生物発光法のような手法は、細胞の代謝活性に洞察力を提供できます。

他の方法は特定の代謝経路に焦点を当てます。例えば、研究者は、そのモノマー ブドウ糖にグリコーゲンの代謝を評価できます。これを行う 1 つの方法は、検出プローブと反応し、変色や蛍光誘導製品にグリコーゲン由来のグルコースを処理することです。このように、研究者はそれらのサンプルにどのくらいのグリコーゲンがあったもともと計算できます。

対照的に、代謝異常は、活性酸素種を測定することによって検出できます。一般的には、研究者は、これらの種のメンバーによって「攻撃」された後蛍光を発するプローブを使用します。これらの試金は直接活性酸素代謝量を定量化し、酸化ストレスの検出に役立つため。

最後に、研究者は「代謝プロファイリング」によって個体レベルでの代謝を分析します。高速液体クロマトグラフィーや高速液体クロマトグラフィー、質量分析法や MS のような高度な方法の助けを借りて、科学者は、代謝物の生物的サンプルで現在の定量化し、特定の代謝経路が失速か過剰を決定できます。

彼らの処分で、これらのツールのすべてで、どのように科学者は、実験的な使用にそれらを入れているを見てみましょう。

一部の科学者は、代謝性疾患を診断するための新しい方法を開発するこれらのメソッドを適用しています。ここでは、プロトコルは、そのグリコーゲン含有量を評価するために患者の血液サンプルから末梢血単核細胞、または、PBMCs を分離するため開発されました。グリコーゲン代謝特定染色試金を使用して、研究者は、これらのサンプルにグリコーゲンの量に洞察力を得た。今後のアプリケーションでは、このテクニック助けることができるグリコーゲン代謝性疾患患者の診断。

他の研究者は、代謝に及ぼす環境ストレスの影響を検討するため、これらのツールを使用しています。この実験では、科学者は、化学と呼ばれるロテノンで治療または彼らの尾を損傷を次のゼブラフィッシュ胚における活性酸素種を測定しました。これは、活性酸素種の対象となるときに赤色蛍光を発するプローブの助けを借りて行われました。全体の胚の後の評価では、これらの代謝物質の保護役割を示唆して傷害、化学の露出への応答でこれらの分子の生産を増加を明らかにしました。

最後に、細胞生物学者はまた癌細胞の代謝特性を研究しています。研究者が人間の結腸癌の細胞の内容を収集するここでは、このエキスを受けると高速液体クロマトグラフィーと MS を使用するメタボリック ・ プロファイリングします。これはこの病気の組織内に存在の代謝物を識別するために研究者を許可しました。

細胞の代謝にゼウスの紹介ビデオを見てきただけ。多く複雑な経路は、細胞の代謝活動を記述して、今あなたはどのようにこれらの経路が発見され、どのように研究はまだ未知の成分を解読しようとして知っています。代謝が良い、ですが、何かの過剰は有害であることに注意してください。いつも見てくれてありがとう!

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