打破教科书定论！细胞避免多任务处理

教科书会告诉你，在细胞分裂过程中，新DNA的产生在S期达到峰值，而其他大分子的产生，如蛋白质、脂质和多糖，则或多或少地保持在同一水平。现在格罗宁根大学的分子生物学家在Matthias Heinemann教授的带领下，发现这不是真的:蛋白质合成有两个峰，而脂质合成只有一个峰。

　　

   

   

格罗宁根大学生物化学教授Matthias Heinemann

教科书告诉你，在分裂的细胞中，新的DNA的生产在S期达到顶峰，而其他大分子的生产，如蛋白质、脂质和多糖，或多或少地继续保持相同水平。由Matthias Heinemann教授领导的格罗宁根大学的分子生物学家现在发现事实并非如此：蛋白质的合成显示出两个高峰，而脂质的合成则达到一次高峰。这些转变可以解释导致细胞分裂的新陈代谢震荡，该小组之前已经发现了这一点。他们的新成果于2月27日发表在《自然-代谢》上。

每个分裂的真核细胞都要经历一个细胞周期：从生长期(G1)到合成新DNA的阶段(S)，间隙期(G2)，最后是有丝分裂的细胞分裂阶段(M)。关于细胞分裂的学术文献会告诉你，除了DNA的合成之外，细胞中所有其他分子，如蛋白质、脂质和多糖，在整个细胞周期阶段都以或多或少恒定的速度产生。

动态测量

七年前，Matthias Heinemann和他的团队描述了细胞代谢的振荡，这似乎是协调真核细胞分裂的过程。他的团队现在更详细地研究了代谢，并测量了蛋白质、脂质和多糖在细胞周期中产生的速率。他们发现教科书是错的。

Heinemann解释说:“我们在单细胞中使用动态微观测量，来显示不同大分子的生产如何在不同时间达到峰值。蛋白质合成的基本速率在G1期达到峰值，在S期下降，并在细胞周期的后半段再次达到峰值。我们还发现，构成细胞壁的脂质和多糖的合成只有一次高峰，也就是在后半期。”

构建块

为了确定蛋白质合成速率，科学家们使用了一种既定的监测荧光蛋白的方法。他们还设计了第二种更复杂的方法，通过这种方法，他们可以验证蛋白质的产生似乎遵循两波模式。

文章一作Vakil Takhaveev说，“我们不得不开发第二种方法，因为我们的结果与我们和其他人所知道的细胞周期代谢相悖。利用这种新方法，我们探测了细胞在细胞周期的每个时刻对蛋白质生物合成抑制剂的敏感性。事实证明，这种敏感性在细胞周期的不同阶段达到峰值。”

Heinemann和他的团队在《自然代谢》杂志的论文中指出，细胞的不同组成部分并不是同时产生的。此外，研究人员表明，整个中枢代谢必须改变，以满足这种时间上分离的构建块的生产。例如，他们发现葡萄糖消耗、乙醇排泄和呼吸的速率被分配给细胞周期的特定阶段。

有趣的是，这些新的测量结果与他们早期的发现相一致，Heinemann解释说:“细胞必须激活不同的生物合成途径来产生氨基酸或脂质。这就产生了代谢物流动的变化，这就解释了为什么我们以前在细胞分裂过程中发现了代谢振荡。然而，这留下了一个问题，即这种情况究竟是如何发生的，为什么会发生。”

Heinemann说:“目前，我们只能推测一个方面是，如果一个细胞只是生长，所有的构建模块都需要同时进行。但在分裂过程中，情况更加复杂。很可能是生产的顺序可以帮助细胞分裂。”

癌症和衰老

渗透压可能是关键。“想象一下吹气球。一开始，你需要非常高的压力，但一旦它开始膨胀，较低的压力就足够了。也许细胞首先会产生大量蛋白质来增加细胞内的渗透压，这可能有助于分离子细胞。这只是推测，但我确实觉得我们观察到的模式背后有生物物理原因。”

他将继续研究这些想法，并寻找负责不同阶段的合成细胞构建块的调节机制。“我们还不知道这是如何起作用的，但找出并观察这些监管系统是如何受到干扰的，将是非常有趣的。目前的发现和未来的工作对于细胞生理学的基本理解是必要的，最终将帮助我们解决癌症和衰老问题。”

文章标题

Temporal segregation of biosynthetic processes is responsible for metabolic oscillations during the budding yeast cell cycle