国际科学委员会的化学研究：调查电子的盗窃
每年一次，生化学家丽莎·兰迪诺（Lisa Landino）都会前往弗吉尼亚州著名的猪肉加工中心史密斯菲尔德（Smithfield）进行科学朝圣，带回家8到10个新鲜的猪脑。
“我知道;听起来很不错，”兰迪诺说。“每个一块钱，最少五十块钱。我只需要10个，但我得付50美元。”她把猪脑放进搅拌器（“我真的这么做了。”），然后把“猪脑奶昔”放进离心机。得到的液体，分出并冷冻，代表了足够的原材料，足以让兰迪诺和她的学生们对大脑中蛋白质的氧化损伤进行为期一年的深入研究。
许多疾病，如阿尔茨海默氏症、帕金森氏症和肌萎缩性侧索硬化症，也被称为卢伽雷氏病，都起源于我们身体的化学反应。兰迪诺是威廉玛丽大学的化学副教授，他研究这些神经退行性疾病的化学根源。她的佳博体育专注于氧化损伤一种被称为微管蛋白的蛋白质。
成千上万的蛋白质
微管蛋白只是我们体内数千种不同蛋白质中的一种。大多数，如果不是全部，都处于一个24/7的破坏和修复循环的某个阶段，涉及我们自己身体产生的分子毒素。
“我们都呼吸氧气。大多数时候，我们的身体将氧气转化为水。”“但不是所有时候都是这样。”我们呼吸的氧气中不可避免地有一部分被加工成化学家所说的活性氧——正如兰蒂诺所说，这种分子结构“毒性非常大”。
活性氧具有介于氧和水之间的化学结构。在化学术语中，“反应性”是指这些离子或小分子在其外层或价电子层中有一个未配对的电子。如果大自然厌恶真空，那么它也厌恶带着紫色激情的未配对电子。兰蒂诺说，它们未被填满的外层电子层使它们容易与附近的物质发生化学反应，所以它们“偷了一个电子”，使它们的外层完整而稳定。
通常，电子盗窃的受害者是人体自身的一种蛋白质。细胞分子成分之间的电子损失，如果不加以控制，就会损害蛋白质，当然也会损害细胞本身。
窃取电子的分子肇事者也被称为自由基。当你食用富含抗氧化剂的食物或膳食补充剂时，这些自由基就是你的目标。兰蒂诺解释说，抗氧化剂充当了分子的牺牲品：“如果你吃蓝莓，它会给这些活性物质其他的东西来窃取电子，而不是瞄准你细胞中的蛋白质。”
专注于修复
Landino的研究较少关注抗氧化剂，而更多关注细胞修复自身蛋白质（尤其是微管蛋白）氧化损伤的能力。她解释说，神经元中15%到20%的蛋白质是微管蛋白，微管蛋白的功能就像支架一样，赋予每个细胞三维结构。
她解释说：“微管蛋白也起到了细胞内铁路的作用，因为一些蛋白质利用微管蛋白作为在细胞内走动的通道。”
兰蒂诺解释说，微管蛋白以两种状态存在：二聚体和聚合物。二聚体是由两部分组成的分子，就像两个粘在一起的粘土球。为了使微管蛋白发挥脚手架和铁轨的功能，二聚体将自己排列在聚合物微管中，形成由蛋白质组成的空心细丝。
她说，微管蛋白分子有氨基酸“臂”，很容易被自由基窃取电子。这些臂由一个硫原子和一个氢原子组成，化学家称之为硫醇，或者用化学符号表示为-SH基团。一个急于窃取电子的活性氧离子或分子，把这些硫醇臂看作是一辆没有上锁、马达还在运转的汽车的化学等价物。
“如果这个家伙失去了一个电子，在蛋白质中通常会发生的是，它现在有一个带点的S，”兰蒂诺说。“如果两个s点靠得很近，它们就会形成一个叫做二硫化物的新键，它们现在连在一起了。”电子窃取的另一个结果可能是，两种不同的蛋白质——每一种都失去了一个电子——会彼此形成一种不想要的共价键。兰蒂诺解释说，足够的这种破坏会导致微管细丝溶解，聚合物微管粉碎成一组松散的微管二聚体。
兰蒂诺说：“有些蛋白质喜欢与这些聚合物微管结合，如果这些蛋白质没有任何东西可以抓住，它就会改变细胞的组织。”“因此，如果你去掉了一个主要的结构成分，蛋白质就会不知道它们应该与谁相互作用。这足以启动一个被称为程序性细胞死亡的过程，在这个过程中，细胞实际上会停下来，说这里有什么不对劲。细胞将开始死亡的过程。在像阿尔茨海默氏症这样的疾病中，如果你有足够数量的细胞死亡，你的大脑就会开始出现大洞。”
此外，Landino说溶解的微管蛋白可能与神经原纤维缠结有关，这是在阿尔茨海默病患者的神经元内部和之间发现的标志性蛋白质团块。这些缠结是由一种叫做tau的蛋白质的结块组成的，这种蛋白质通常与微管蛋白结合。
她解释说：“我的理论是，如果微管蛋白发生了根本性的不良反应，那么tau蛋白除了自我结合之外就没有别的办法了。”
兰蒂诺说，好消息是，氧化对蛋白质的损害是可逆的，而且通常是可逆的。以微管蛋白为例，松散的二聚体重新组装成微管，这样细胞就恢复了结构，蛋白质序列就开始按时运行。坏消息是，由于某种原因，随着我们年龄的增长，对蛋白质的氧化损伤会增加。
问题是老龄化
“你体内的每个细胞都有一些防御这些活性氧的能力。所以你体内有许多不同的蛋白质保护你免受伤害，”兰蒂诺说。“但最令人担忧的氧化损伤与年龄增长有关。研究表明，随着年龄的增长，你会产生更多这些有毒的中间物质，而你对它们的防御能力也会下降。”
她拥有她所知道的唯一一个研究微管蛋白氧化损伤的佳博体育，并且在理解这一过程方面已经取得了很大的进展。利用现成的化学物质——甚至温度——她可以在佳博体育中诱导和逆转氧化损伤，使蛋白质微管溶解成松散的二聚体，然后重新组装。目前，Landino的佳博体育正在寻找神经元中为重建提供化学信号的特定蛋白质或蛋白质组。
“我对这种损伤感兴趣的原因是它是可逆的。你可以很容易地把它反过来。这就是你的身体在正常修复损伤时所做的。”
