备课素材：磷酸盐储存与转化的细胞器 2023—2024学年高一上学期生物人教版必修1

磷酸盐储存与转化的细胞器 磷酸盐对生命至关重要。现在，研究人员在动物细胞内发现了 一种微小结构，就像磷酸盐储存库，有助于调节细胞内的营养水平， 并在营养短缺时触发维持组织生存的过程。研究人员将这种结构归类 为一种新型细胞器，后者是细胞中的基本结构，如细胞核、线粒体和 细胞膜，它们起着微型器官的作用。5月3日，相关研究发表于Nature。 果蝇肠细胞中新发现的3个细胞器，似乎是对生命至关重要的磷 酸盐储存库。 “这是首次在动物细胞中发现磷酸盐储存结构。”未参与这项研 究的法国国家科学研究中心结构生物学家Rebekka Wild说。在植物、 细菌和酵母中，磷酸盐对细胞生长很重要，有助于细胞交流和能量产 生。尽管已知磷酸盐在动物组织和细胞中必不可少，但很少有研究探 索它的具体功能。美国洛克菲勒大学遗传学家Charles Xu很好奇磷 酸盐在调节果蝇肠道组织更新中发挥了什么作用。果蝇肠道组织是研 究疾病如何影响人类肠道细胞的有用模型。 Xu和同事给果蝇喂食磷甲酸(P℉A),它可以抑制细胞对磷的吸 收。当对来自果蝇肠道内壁的细胞进行染色和成像时，他们注意到缺 乏磷酸盐导致细胞数量激增。当Xu和同事给果蝇喂食比标准水平少 10%的磷酸盐食物时，这种快速的细胞增殖也发生了，表明磷酸盐确 实对细胞数量有影响。为了解磷酸盐是如何产生这种影响的，Xu和 团队研究了低磷酸盐水平是否会影响基因表达。一种被他们称为PXo 的基因与哺乳动物编码磷酸感应蛋白的基因类似。Xu和同事发现， 当细胞缺乏磷酸盐时，PXo的表达较弱。这种基因表达的减少使细胞 过度分裂。然而，当研究人员调整基因以过度表达PXo蛋白时，细胞 分裂速度减慢。 研究人员用荧光标记了PXo蛋白，并注意到它与细胞中的一系列 椭圆形结构有关，这些结构似乎与任何己知的细胞器都不相关。研究 人员仔细观察这些神秘结构，发现它们有几个膜层，PXo蛋白在膜层 间传输磷酸盐。一旦进入不熟悉的细胞器，磷酸盐就转化为磷脂，后 者是细胞膜的主要组成部分。 X!表示，当果蝇细胞缺乏磷酸盐时，细胞器分裂并将储存的磷 脂释放到每个细胞中，这表明它们的功能就像储存库。这种分解激活 了一种叫作Ck的细胞机制，触发了一种压力信号，增加了新细胞的 产生。这可能是肠道内壁保持磷酸盐水平稳定的一种方法，因为细胞 数量增多可以吸收更多营养。“这对生物体再生更多健康的细胞是有 益的。”他说。Wild说，这些发现为探索包括人类在内的其他动物 是否存在类似的磷酸盐储存细胞器奠定了基础。她补充说，深入研究 PXo蛋白的结构，揭示它如何将磷酸盐转运到细胞器中，可能会很有 用。X和说，下一步将研究这些储存磷酸盐的细胞器如何与其他细胞 器相互作用，以及它们的动力学如何随时间而变化。“这为研究其他 许多问题打开了大门。”他说。