生物通报道：我们每个人心中都应该有一张时间表，什么时候该做什么，只不过有的人能坚持按照时间表来做自己的时候，有的人则无法做到。然而对于细胞来说，它们的时间表自细胞生成那天起就决定了，了解这一时间表能帮助我们理解细胞生长和与其它细胞沟通的方式。最新一期（3月10日）Cell杂志整理了细胞进程的各种数据。

代谢能等得及基因表达吗？

活细胞是一个一直在使用中的化学工厂。细胞摄取诸如葡萄糖等糖类，将这些糖类分解成更小的分子，利用它们来构建DNA、蛋白质、细胞膜和驱动细胞工厂的能量分子。这种逐步的过程称作为代谢，它使得细胞能够执行各种功能以及生长和增殖，由此创造了整个身体。

代谢网络和基因调控网络是生物学调控的关键所在，控制着不同时间表中细胞的进程。中间代谢途径中单个代谢物的特征浓度为1 mM，而细菌中糖酵解的细胞代谢通量通常为1 mM/s，哺乳动物细胞株则为 0.1-0.01 mM/s。

那么也就是说，细菌中的周转时间为一秒，而哺乳动物则需要一分钟。如果生成和消耗反应出现不平衡，代谢池在代谢酶基因表达之前，将会被迅速消耗掉或者积累起来，因为代谢酶基因表达需要花费几分钟。

变构调节 (小分子化合物与酶分子活性中心以外的某一部位特异结合，引起酶蛋白分子构象变化，从而改变酶的活性，这种调节称为酶的变构调节或别构调节）和翻译后修饰阳离子也被用来调控代谢通量。

然而也有一些研究指出细胞代谢的无序性，此前来自荷兰FOM institute AMOLF的研究人员发现细胞中的代谢以不规则的方式进行。细胞的代谢活动会以一种不可预知的方式波动，使得细胞工厂的运作变得更为的复杂。

研究人员发现，酶生成的随机波动随后导致了大肠杆菌细胞生长速度的变化。因此，酶量的改变导致了分解反应的速度发生改变，这样的波动一步一步传送到所有后续的反应，就像接力赛中的接力棒那样，因此最终细胞的生长被扰乱。Nature颠覆性文章：不可预知的细胞代谢

获得功能性GFP需要多长时间？

绿色荧光蛋白GFP会随着诱导介质的加入而进行表达。诱导剂扩散进入细胞，或者与受体结合，在几秒钟内激活转录。细菌的转录和翻译大约需要一分钟时间，同时也会进行蛋白质折叠。

然而，一个成熟的过程涉及GFP生色团的环合、氧化，需要数十分钟，改进后的版本则减少了这一成熟时间，整个过程从诱导到出现荧光能够在几分钟内完成。

此前俄罗斯科学院的一组研究人员发现，活细胞中绿色荧光蛋白（GFP）的光稳定性受到培养基组分以及细胞生长条件的影响。他们测定细胞生长条件和培养基组分对EGFP光稳定性的影响，以便找出EGFP成像的最佳条件。他们利用EGFP-C1载体转染了HEK293T细胞，并在转染48小时后用Leica的AF6000 LX荧光显微镜成像。在成像之前，细胞培养基被更换成新鲜的DMEM或其他待研究的培养基（Ham's F12和RPMI 1640）。

他们发现，所有培养基都不影响EGFP在细胞中的初始亮度。在DMEM和RPMI 1640中表达的EGFP光稳定性几乎相同，不过芸香叶苷的添加使光稳定性增加了数倍。相比之下，Ham's F12培养基则带来了非常高的EGFP光稳定性（DMEM的6-7倍），且几乎不受芸香叶苷的影响。细胞培养条件影响GFP的光稳定性

什么决定了细胞组件半衰期？

细胞成分，如代谢产物、 mRNA和蛋白都有不同的周期时间表，细胞池中单个代谢产物的半衰期取决于代谢池大小与代谢通量之间的比率，mRNA的半衰期则是由核酸酶降解半衰期决定的，而蛋白更为稳定，通常是要比实验室中快速倍增时间要慢一些降解，不过在细胞分裂过程中蛋白含量会减少，为此细胞也会进行一些补救措施，如快速调节蛋白水解过程。

在体内蛋白代谢是一个动态过程，即在合成机体组织新蛋白质的同时，原有的组织蛋白可被降解成氨基酸，降解形成的氨基酸又可以用于合成组织蛋白从而实现组织蛋白的不断更新替换。这种蛋白质就始终处于一个动态平衡体系中。Waterlow在1978年用“蛋白质周转”（protein turnover）这一术语来描述蛋白质在体内的动态变化。蛋白质周转代谢是生物表现生命活动力的重要动力学过程。

近期研究人员开发出了一种双荧光蛋白质周转分析(ProTA)技术，并应用这一技术定量绘制出了在BTZ诱导蛋白酶体抑制的情况下人类蛋白质降解组的整体变化。这为绘制人类蛋白质降解组图谱，阐明药物作用及耐药潜在机制提供了一种新工具，有可能推动开发出靶向蛋白内稳态的治疗方法来治疗一些人类疾病。中科院Cell Res绘制人类蛋白质降解组图谱

哺乳动物细胞比细胞细胞慢吗？

细菌和哺乳动物细胞具有相似的物理和化学参数，如扩散系数，RNA聚合酶和核糖体之间的比例等。但是由于哺乳动物细胞体积更大，基因长度也更长，因此功能时间表也会相应的延长。举例来说，1μ m大小细菌细胞的一个蛋白在细胞中的扩散只需要0.1秒，而10μ m 的哺乳动物细胞则需要10秒。

同样，细菌平均的基因为1kb长，因此转录需要大约1分钟；哺乳动物基因平均为10kb长，需要10分钟。还有类似的时间表也会由于额外的细胞内进程而受到影响，这些关键的进程在细菌中1秒能完成，哺乳动物则需要1分钟。

蛋白如何及时穿过神经元

一个蛋白要从轴突一角到达1厘米长神经元的胞体位置，可能存在两种主要机制。首先是扩散(D≈10 μm²/s)，这大约需要花费一个月时间（R2/D），另外一种就是利用分子马达，分子马达的速度大约为1 μ m/s ，可以在几小时内运输蛋白达到目的地。在超过一米长的神经元中（人体和长颈鹿都有）即使用了分子马达，这个过程也需要几天的时间。

哈佛大学的一项研究提出过一种新的细胞质模型，指出就像用勺子搅动咖啡里的糖一样，细胞机器的运行让细胞质里的悬浮颗粒无法平静。细胞质的波涛主要是由分子马达反复拉动肌动球蛋白（actomyosin）引起的，不过其它酶促活动也能掀起波澜。

研究人员认为分子马达和酶促反应的活性改变，会影响细胞质硬度和物质运输的容易程度。而细胞质的改变又会进一步影响下游的细胞活性。波涛汹涌的细胞质

体内不同部位细胞寿命有多长？

肠上皮细胞的寿命不到一个星期，我们的皮肤表皮细胞则大约为一个星期到一个月的时间。如果舌头被烫到了，其中的味蕾细胞需要大约两个星期的时间才能更新。

红细胞的生命周期为四个月，因此每几个月献血0.5L（每5升血）并不会影响你的健康。生殖细胞方面，精子和卵细胞寿命相差甚远，精子只能存活50天，而卵细胞则能存活50年。

脂肪细胞和骨骼细胞翻新的时间大约为十年，而我们眼睛里的晶状体上皮细胞，还有中枢神经系统的神经元几乎都是伴着我们一辈子的。

这些都是自然生长的数据，科学家们也发现了一些能延长细胞寿命的方法，如芝麻和红酒，它们的成分白藜芦醇和芝麻素能延长细胞寿命。实验表明，向实验鼠细胞分别添加白藜芦醇和芝麻素后，发现细胞的生存率得以提升。与没有添加上述成分的细胞相比，细胞在添加上述成分8小时后，生存率上升了10%至20%。

研究人员也进一步发现，这是由于白藜芦醇和芝麻素能够保护细胞内产生能量的线粒体，遏制过多的活性氧生成，从而减弱氧化应激反应，保护了细胞。研究人员指出，这两种成分对于人体应该也有同样效果。不过他们并不主张人们过度摄入这些成分。芝麻和红酒的成分能够延长细胞寿命

细胞蠕动

细胞蠕动(cell crawling)是指细胞从一个位置向另一个位置移动，这主要依靠两种机制：一种是依靠运动器官：鞭毛和纤毛；另外一种是靠细胞质的流动使细胞产生移动。对于前者，鞭毛(flagellae)和纤毛(cilia)是细胞表面的特化结构，使细胞适应于液态环境中的运动。两者的结构基本相同，鞭毛通常比纤毛长。而对于后者而言，肌动蛋白作用巨大，肌动蛋白网络生长的速度取决与单个微丝向前端的生长速度。

此前生物通的技术文章：微生物学研究：如何检测细菌动力，详细介绍了细菌微生物如何从能在多种结构中游动的秘密，也介绍了研究这些细胞运动的技术方法。

奥运健儿为何能快速响应发令枪？

在听到枪声后, 运动员会处理信号，并将这一电脉冲信息从大脑传达到他们的脚，动作电位的速度为10-100 m/s，这也就是说大脑声音和信号处理的速度无论是多少，都会有个10-100 m/s的延后时间。最好的运动员的反应时间为120ms，低于100ms的反应都会被算为抢跑。

近年来体育运动也越来越朝着基因研究的方向发展了，在上届伦敦奥运会期间，一些专家提出目前对于奥运会的担心已经不至于化学兴奋剂了，还有基因兴奋剂，尽管真的能增强运动员表现的疗法目前在很大程度上还是理论上的。但基因疗法正在变得越来越普遍，这就提出了新问题，假如人们发明了能够治愈婴儿镰状细胞性贫血的基因疗法，那么接受过治疗的婴儿难道就将永远被禁止参加奥运会？

还有一些所谓的金牌基因：英国格拉斯哥大学的研究人员从基因角度分析牙买加运动员的独特能力，寻找牙买加短跑运动员们共同具有的所谓“金牌基因”。

研究人员对牙买加运动员的基因进行分析后发现，确实存在着与瞬间爆发力类竞技项目有关的基因类型。ACTN3基因，具有增强肌肉构造的功能。研究结果显示，大约75%牙买加短跑运动员的ACTN3基因类型为“CC型”。

属于“CC型”的人，在其短跑时可产生瞬间爆发力的快肌纤维内部，会产生一种能够强化肌肉构造的特殊蛋白质。因此，即使肌肉纤维高速收缩，也能够获得足以耐受的强度。除了田径短距离项目之外，对于要求瞬间爆发力以及力量的其他竞技类项目，上述“CC型”基因同样也是在重大比赛中稳操胜券的关键要素。

（生物通）