细胞生物学读书心得

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1、读《Nature：颜宁等揭示人源葡萄糖转运蛋白GLUT1的结构及工作机理》心得广二师生物系hexuecheng摘要：清华大学医学院颜宁教授研究组在世界上首次解析了人源葡萄糖转运蛋白GLUT1的晶体结构，初步揭示了其工作机制及和关疾病的致病机理。此研究成果可帮助人类理解分子转运最基本过程，人类有望有望阻断癌细胞营养，“饿死癌细胞”。关键词：葡萄糖转运蛋白颜宁癌细胞5月18H,清华大学医学院教授颜宁研究组在Nature在线发表了题为Crystalstructureofthehumanglucosetra

2、nsporterGLUT1的研究论文,在世界上首次报道了人源衙萄糖转运蛋AGLUT1的晶体结构，初步揭示其工作机制以及相关疾病的致病机理。该研究成果意义重人，该研究成果被国际学术界誉为“具有里程碑意义”的重大科学成就。首先，从科研的角度说，第一个揭示了人源转运蛋口的结构，可以帮助人类理解分子转运这一牛•命科学中最基木的过程。从临床的角度说，有助于了解幼儿癫痫、癌症、糖尿病的发病机制以研发相应的药物。不仅如此，该研究成果使人类相对完整地理解人体内葡萄糖运转机理的整个过程仅差一步。那么这个匍•萄糖转运蛋

3、AGLUT1究竟是什么东西呢？功能是怎样的呢？人们都很清楚，葡萄糖(D-glucose)是地球上包括从细菌到人类各种牛•物已知最重要、最基木的能量来源。葡萄糖代谢的第一步就是进入细胞：亲水的葡萄糖不能口由穿透疏水的细胞膜，其进出细胞需耍通过镶恢于细胞膜上的葡萄糖转运蛋白完成。其中一类属于主要协同转运蛋白超家族(MajorFacilitatorSuperfamily,简称MFS)的转运蛋白是大脑、神经系统、肌肉、红细胞等组织器官屮最重要的匍萄糖转运蛋白(glucosetransporters,简称GL

4、LTs)o在人体的14个GLUTs中，GLUT1、2、3、4这四种蛋白生理功能最重要,研究最广泛，其中GLUT1因发现最早而得名。GLUT1几乎存在于人体每一个细胞中，是红细胞和血脑屏障等上皮细胞的主要葡萄糖转运蛋白，对于维持血糖浓度的稳定和大脑供能起关键作用。在己知的人类遗传疾病中，导致GLUT1功能异常的突变会影响匍萄糖的正常吸收，导致人脑萎缩、智力低下、发育迟缓、癫痫等一系列疾病。另一方面，转运蛋口GLLT1在癌细胞的新陈代谢过程小也发挥着重要功能。葡萄糖转运蛋口GLUT1功能如此重要，那么该

5、项研究成來有什么意义呢？首先，该研究成果使人类在攻克癌症、糖尿病等疾病的探索道路上，迈出重要一步。人类有望“饿死癌细胞”!拒该研究团队带头人颜宁介绍：“癌细胞要生存，需要依赖葡萄糖作为其'口粮'，而肿瘤细胞由于缺乏氧气供应而只能对衙萄糖进行无氧代谢，同质量衙萄糖所提供的能量不到止常细胞的15%,所以癌细胞就需要比正常细胞摄入更多的匍萄鶴也就需要通过负载更多的葡萄糖转运蛋口GLUT1完成葡萄糖从细胞外转运到细胞内的过程”。因此,如能研究清楚转运蛋QGLUT1的组成、结构和工作机理，就有可能通过调控它实

6、现葡萄糖转运的人工干预,既可以增加正常细胞内葡萄糖供应达到治疗和关疾病的目的，又可能通过特异阻断对癌细胞的匍萄糖供应，达到抑制癌细胞生长的目标。另一方面，了解GLUT1的秘密还冇助于糊尿病治疗。糖尿病与GLUT1的“兄弟”GLUT4密切相关，两种转运蛋口长相相似。如果人体内的葡萄糖无法被GLLT4转运至细胞内，就只能在血管中累积。糖尿病患者使用的胰岛素，就是为了让GLUT4聚集于细胞膜上，转运葡萄糖。研究人员预测，GLUT4很町能成为治疗糖尿病的靶点。其次，确立屮国结构生物学领先地位！人类对葡萄糖跨

7、膜转运的研究已有约100年的丿力史。1977年第一次从红细胞里分离出了转运葡萄糖的蛋白质GLUT1,在1985年鉴定出GLUT1的基因序列。此后，获取GLUT1的三维结构从而真正认识其转运机理就成为该领域最前沿也最困难的研究热点。过去几十年间，美国、口本、德国、英国等国的诸多世界顶尖实验室都曾经或止在为此全力攻关，但始终未能成功。2009年起，清华教授颜宁带领的团队开始攻关，今年1月解开这道“世界难题”。研究人员发现，只有当分子有序排列吋才能形成晶体，以获得三维结构，但GLUT1过于“活泼”。经过长

8、期摸索，研究人员引入一种氨基酸突变，减缓GLUT1的工作速度；同时在4°C的低温下，降低分了运动速度，终于结晶成功。解析GLUT1结构难度如此Z大，而我们中国人办到了，我感到自豪！该成果在国际顶尖学术期刊《日然》杂志发表Z后，引來学界著名专家的高度评价。2012年诺贝尔化学奖得主布莱恩•克比尔卡评价，“哺乳动物的膜蛋口结构研究难度远远大于对细菌同源蛋白的研究，因此至今已经获得的哺乳动物膜蛋白的结构寥寥无几。但是要针对人类疾病开发约物，获得人源转运蛋白结构至关重要。对于