论文部分内容阅读
我们生活在一个五彩斑斓、精彩纷呈的世界中，我们的大脑会对周围环境产生各种各样的反应与感知。我们的身体由数以亿计的细胞组成，这些细胞也会接触形形色色的体内环境，它们对这些环境会有怎样的感受呢？它们是否能够感受到快乐或忧伤，能否感知到香味和声音？可惜的是，我们人类并不知晓细胞的独特感受。那么，谁知道细胞的感受呢？2012年诺贝尔化学奖得主告诉我们，受体知道细胞的感受。
我们感知外界环境的系统是感觉系统，包括皮肤、眼睛、嘴巴、耳朵、鼻子、大脑等多个器官。而对细胞来说，感知外界环境的重要感受器是受体。受体实际上是细胞表面或亚细胞组分中的一种蛋白质分子，这种分子就像是细胞的通信员，它可以识别细胞内外的化学信号物质，并与这些物质结合在一起。这种奇妙的结合可以激发细胞进行“思考”，然后启动一系列的生物化学反应，让细胞和环境产生合理的互动。比如，细胞可以抵御来自环境中的有害化学物质，并从环境中吸收有利于自己的营养物质。
人体内的细胞生活在一个液态环境中，各种各样的细胞液包围着细胞。在这个看似简单的环境中，来来往往的化学物质每时每刻都有所变化。人体在不同的地点、不同的时间、不同的情绪中，体内的液态环境都在不断改变。为何受体有这么大的本事，可以让细胞感知到复杂的液态环境呢？这就是生物化学家们长期以来要解决的难题之一。2012年诺贝尔化学奖的两位获得者选择了G蛋白偶联受体作为研究对象，并由此解决了受体是如何让细胞感知环境的这一问题。
这两名生物化学家曾经来自美国的同一研究小组，他们分别是罗伯特·莱夫科维茨和布莱恩·克比尔卡。早在45年前，也就是1968年，时年25岁的莱夫科维茨就开始利用放射学的方法来追踪细胞受体。他将碘的放射性同位素附着到各种激素上，借助探测射线的仪器就可以找到这些激素的活动路径。结果，他用仪器探测到激素和一些受体的结合过程，其中一种受体是β-肾上腺素受体。他想办法把这种受体从细胞壁的隐蔽处提取出来，并对其工作原理有了初步认识。
由于受体是一种蛋白质分子，它的形成就必然受到基因的控制。那么，究竟是什么基因在控制β-肾上腺素受体呢？莱夫科维茨希望能从浩瀚的人类基因组中把这种隐秘的基因找出来。20世纪80年代中期，正在攻读博士的克比尔卡加入到莱夫科维茨的研究团队，并找到了这个受体的基因。在分析这个基因的过程中，他发现类似的基因其实控制着多个受体，比如视网膜上捕获光感的受体，还有在味蕾上帮助我们感知味道的受体。
结果，莱夫科维茨发现了一个庞大的受体家族，这就是G蛋白偶联受体。从20世纪80年代以来，越来越多的受体被归入这个家族。目前，这个受体家族已经有1000多个成员。它们都是膜蛋白，由1000多个基因进行编码。这些受体的结构变化多端，调控起来也相当困难，加之它们在细胞中的含量并不多，研究起来十分复杂。然而，由于人体生理代谢大多与这类受体有关，所以对于这类受体的研究也是非常重要的。
G蛋白偶联受体是一种与三聚体G蛋白（鸟苷酸结合蛋白）偶联的细胞表面受体。它们的共同点是其立体结构中都有7个跨膜螺旋，在第5和第6个跨膜螺旋上有G蛋白的结合位点。到目前为止，科学家只在较为高等的真核生物中发现了G蛋白偶联受体，而且参与了很多细胞信号转导过程。在这些过程中，G蛋白偶联受体能结合细胞周围环境中的化学物质并激活细胞内的一系列信号通路，最终引起细胞状态的改变，让细胞有效地感知环境并做出相应的反应。
G蛋白偶联受体控制着人体对光、气味、味道的感知，也调节着人体内肾上腺素、组胺、多巴胺以及复合胺等多种化学物质的代谢。由此我们不难发现，其实细胞感知环境和人体感知世界是息息相关的。没有细胞感知内部环境，我们也难以感受内部环境。受体不但是细胞的感受器，更是我们人体的感受器。一位评选委员会评委在解释这个问题时举起了一杯热咖啡，他说：“人们能看到这杯咖啡，闻到咖啡的香味，品尝到咖啡的美味，喝下咖啡后心情愉悦，诸如此类的感受都离不开受体的作用。”如果人体的G蛋白偶联受体出现异常，我们对世界的感知就不正常，人体就会出现相关的疾病症状。因此，G蛋白偶联受体在医学中的地位也很重要，大约40%的现代药物都以G蛋白偶联受体作为靶点（即药物作用的目标）。
近年来，莱夫科维茨和克比尔卡分属不同的研究机构。莱夫科维茨担任美国霍华德·休斯医学研究所研究员，并在美国杜克大学医学中心担任医学教授和生物化学教授。而克比尔卡担任美国斯坦福大学医学院医学教授及分子和细胞生物学教授。但是，两人仍然从事G蛋白偶联受体的相关研究，并不时有合作和交流。2011年，克比尔卡还取得了另一项突破：他和研究团队在一个精确的时刻——β-肾上腺素受体被激素激活并向细胞发送信号——获得了β-肾上腺素受体图像。这一图像是研究“细胞感受”的一项杰作，可谓几十年辛苦研究的成果。
我们的感受谁知道？构成我们身体的细胞知道！细胞的感受谁知道？细胞中的受体知道！受体的作用是谁发现的？正是包括2012年诺贝尔化学奖两名获得者在内的众多科学家！感谢他们揭开人类感觉之谜，感谢他们的研究成果为开发相关药物提供了理论基础。正是有这些科学家的辛勤研究，人类的健康才有了更多保障。
我们感知外界环境的系统是感觉系统，包括皮肤、眼睛、嘴巴、耳朵、鼻子、大脑等多个器官。而对细胞来说，感知外界环境的重要感受器是受体。受体实际上是细胞表面或亚细胞组分中的一种蛋白质分子，这种分子就像是细胞的通信员，它可以识别细胞内外的化学信号物质，并与这些物质结合在一起。这种奇妙的结合可以激发细胞进行“思考”，然后启动一系列的生物化学反应，让细胞和环境产生合理的互动。比如，细胞可以抵御来自环境中的有害化学物质，并从环境中吸收有利于自己的营养物质。
人体内的细胞生活在一个液态环境中，各种各样的细胞液包围着细胞。在这个看似简单的环境中，来来往往的化学物质每时每刻都有所变化。人体在不同的地点、不同的时间、不同的情绪中，体内的液态环境都在不断改变。为何受体有这么大的本事，可以让细胞感知到复杂的液态环境呢？这就是生物化学家们长期以来要解决的难题之一。2012年诺贝尔化学奖的两位获得者选择了G蛋白偶联受体作为研究对象，并由此解决了受体是如何让细胞感知环境的这一问题。
这两名生物化学家曾经来自美国的同一研究小组，他们分别是罗伯特·莱夫科维茨和布莱恩·克比尔卡。早在45年前，也就是1968年，时年25岁的莱夫科维茨就开始利用放射学的方法来追踪细胞受体。他将碘的放射性同位素附着到各种激素上，借助探测射线的仪器就可以找到这些激素的活动路径。结果，他用仪器探测到激素和一些受体的结合过程，其中一种受体是β-肾上腺素受体。他想办法把这种受体从细胞壁的隐蔽处提取出来，并对其工作原理有了初步认识。
由于受体是一种蛋白质分子，它的形成就必然受到基因的控制。那么，究竟是什么基因在控制β-肾上腺素受体呢？莱夫科维茨希望能从浩瀚的人类基因组中把这种隐秘的基因找出来。20世纪80年代中期，正在攻读博士的克比尔卡加入到莱夫科维茨的研究团队，并找到了这个受体的基因。在分析这个基因的过程中，他发现类似的基因其实控制着多个受体，比如视网膜上捕获光感的受体，还有在味蕾上帮助我们感知味道的受体。
结果，莱夫科维茨发现了一个庞大的受体家族，这就是G蛋白偶联受体。从20世纪80年代以来，越来越多的受体被归入这个家族。目前，这个受体家族已经有1000多个成员。它们都是膜蛋白，由1000多个基因进行编码。这些受体的结构变化多端，调控起来也相当困难，加之它们在细胞中的含量并不多，研究起来十分复杂。然而，由于人体生理代谢大多与这类受体有关，所以对于这类受体的研究也是非常重要的。
G蛋白偶联受体是一种与三聚体G蛋白（鸟苷酸结合蛋白）偶联的细胞表面受体。它们的共同点是其立体结构中都有7个跨膜螺旋，在第5和第6个跨膜螺旋上有G蛋白的结合位点。到目前为止，科学家只在较为高等的真核生物中发现了G蛋白偶联受体，而且参与了很多细胞信号转导过程。在这些过程中，G蛋白偶联受体能结合细胞周围环境中的化学物质并激活细胞内的一系列信号通路，最终引起细胞状态的改变，让细胞有效地感知环境并做出相应的反应。
G蛋白偶联受体控制着人体对光、气味、味道的感知，也调节着人体内肾上腺素、组胺、多巴胺以及复合胺等多种化学物质的代谢。由此我们不难发现，其实细胞感知环境和人体感知世界是息息相关的。没有细胞感知内部环境，我们也难以感受内部环境。受体不但是细胞的感受器，更是我们人体的感受器。一位评选委员会评委在解释这个问题时举起了一杯热咖啡，他说：“人们能看到这杯咖啡，闻到咖啡的香味，品尝到咖啡的美味，喝下咖啡后心情愉悦，诸如此类的感受都离不开受体的作用。”如果人体的G蛋白偶联受体出现异常，我们对世界的感知就不正常，人体就会出现相关的疾病症状。因此，G蛋白偶联受体在医学中的地位也很重要，大约40%的现代药物都以G蛋白偶联受体作为靶点（即药物作用的目标）。
近年来，莱夫科维茨和克比尔卡分属不同的研究机构。莱夫科维茨担任美国霍华德·休斯医学研究所研究员，并在美国杜克大学医学中心担任医学教授和生物化学教授。而克比尔卡担任美国斯坦福大学医学院医学教授及分子和细胞生物学教授。但是，两人仍然从事G蛋白偶联受体的相关研究，并不时有合作和交流。2011年，克比尔卡还取得了另一项突破：他和研究团队在一个精确的时刻——β-肾上腺素受体被激素激活并向细胞发送信号——获得了β-肾上腺素受体图像。这一图像是研究“细胞感受”的一项杰作，可谓几十年辛苦研究的成果。
我们的感受谁知道？构成我们身体的细胞知道！细胞的感受谁知道？细胞中的受体知道！受体的作用是谁发现的？正是包括2012年诺贝尔化学奖两名获得者在内的众多科学家！感谢他们揭开人类感觉之谜，感谢他们的研究成果为开发相关药物提供了理论基础。正是有这些科学家的辛勤研究，人类的健康才有了更多保障。