科學家是用怎樣的實驗方法分辨出在蛋白質胞內轉運起效應的膜蛋白的?

時間 2021-05-30 15:25:27

1樓:倬彼雲漢

Randy Schekman 教授的研究物件是Saccharomyces cerevisiae(釀酒酵母)。單細胞真核生物,基因少(相對於人類),易操作(好養,好處理,實驗工具豐富啊),同時仍與人類細胞有很多的相似性。他的實驗思路可以說是一種「減法」。

通過突變去除某個蛋白然後看它的影響。道理如同足球比賽你少派了一名隊員上場,發現對方進球很容易,怎麼射怎麼有,那麼沒上的那個傢伙很可能就是門將。生物研究通過基因突變去除某個特定的基因或者改變它的部分基因序列,那麼突變細胞就會缺少該基因所編碼的蛋白,或者蛋白仍存在但是缺失某些功能。

Schekman就是通過基因突變發現了很多與轉運相關的蛋白。當缺少這些蛋白時,突變細胞往往有某種轉運缺陷 (比如因為轉運被停止, 所以細胞內的膜結構載體聚集和增大),可以通過實驗手段觀察到(比如電子顯微鏡)。這種通過突變特定基因研究特定蛋白功能的方法至今仍然廣泛使用。

Schekman的實驗設計很精妙的,要知道那是80年代,還沒有酵母基因組的序列資訊,也就無從而知它都有哪些基因。而且即便知道了基因序列資訊,幾千個基因也不能挨個突變乙個個試啊。所以他養了一堆細胞然後加入一種可導致突變的試劑,該試劑可以在隨機造成某個基因的變化。

於是這堆細胞就變成了帶有不同的隨機基因突變的細胞群,之後就可以在其中篩選出有細胞轉運缺陷(傳遞某貨物非常無力)的突變細胞了。當然在當時他只是發現了這些突變細胞,並做了很多相關實驗。待之後基因序列資訊的豐富和基因組測序技術的發展,具體這些突變細胞中是哪些個基因被突變了就知道了。

Schekman是通過改變細胞內的基因,是通過觀察細胞所發生的變化。James E. Rothman教授則是在cell free的情況下做的實驗,體現另一種思路。

Schekman的實驗是觀察細胞內所發生的變化,實驗也使用的是活細胞(雖然許多實驗之前細胞已經速死了(fixed),但仍能體現生前形象,嗯,可按照龐貝古城想象),所以觀察的結果一般認為更能體現細胞內的真實情況。但細胞內系統複雜,背景噪音嘈雜,並受限於實驗裝置的技術侷限,有時候無法觀測的某些資訊。另一方面,細胞外(cell free)的實驗,是把細胞內的一些組分提純出來,再用這些組分在實驗室條件下還原細胞內所發生的某種現象。

比如你提純了組分A ,B, C,發現只有把他們都加到一起的時候才能起某種反應,(可以說是某種加法),那麼你就可以大概推測 A,B,C在這種反應中起作用。細胞外的實驗背景簡單,可用的實驗手段也更多。當然相對的,由於實驗環境與細胞內環境還是有很大差別的,所以某種程度上不能完全反映細胞內的真實情況。

比如確實有在細胞外得出的結果,後來的研究發現在細胞內根本不一樣。所以研究中一般都會細胞內,細胞外的實驗同時進行,相互印證。

回到 Rothman的實驗,借了Zhou Ziliang 轉的圖然後稍微修改了下

簡單的說就是donor細胞再接受病毒感染後會產生一種VSV encoded G蛋白,這種G蛋白可以被糖基轉移酶修飾,但donor細胞中缺少這種酶。acceptor細胞中沒有這種G蛋白,但是有糖基轉移酶。Rothman從供體和受體細胞中提純了高爾基體(嗯,簡單說的說就是某種封閉的膜結構,)並把他們混到一起,然後觀測G蛋白有沒有被修飾,如果修飾發生了,就說明G蛋白轉移到了受體中,也就說明了轉運系統的存在。

簡單的說,其實就是,A有原料沒加工工具,B有工具沒原料,最後你能看到成品就說明原料從A運輸到了B。

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