發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)有摩擦力，有絲分裂紡錘體，分裂過程中將染色體拉開！

科學(xué)家提出了一種理論，描述由蛋白質(zhì)交聯(lián)的生物細(xì)絲之間的摩擦。令人驚訝的是，理論預(yù)測摩擦與交聯(lián)劑的數(shù)量呈高度非線性關(guān)系。研究人員為，細(xì)胞使用這種縮放不僅是為了穩(wěn)定細(xì)胞結(jié)構(gòu)，也是為了控制它們的大小。這些新的發(fā)現(xiàn)對于理解細(xì)胞結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)很重要，比如有絲分裂紡錘體，它在細(xì)胞分裂過程中將染色體拉開。

許多細(xì)胞結(jié)構(gòu)由由馬達(dá)蛋白和非馬達(dá)蛋白交聯(lián)的長絲組成，這些所謂的細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)不僅使細(xì)胞具有機(jī)械穩(wěn)定性，而且使它們能夠在細(xì)胞分裂過程中穿過表面并將染色體拉開。力的產(chǎn)生通常歸因于馬達(dá)蛋白，利用化學(xué)燃料，馬達(dá)蛋白可以使細(xì)絲相互移動(dòng)。然而，這些馬達(dá)力與被動(dòng)、非馬達(dá)蛋白質(zhì)產(chǎn)生的摩擦力相反。這些摩擦力是細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)機(jī)械性能的中心決定因素，它們限制了這些結(jié)構(gòu)形成的速度和效率。

圖示：一種由蛋白質(zhì)微管蛋白組成的聚合物，它是參與細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸、細(xì)胞移動(dòng)和細(xì)胞核分裂的細(xì)胞骨架組成部分。

此外，甚至對它們的穩(wěn)定性至關(guān)重要，因?yàn)槿绻粍?dòng)交聯(lián)劑產(chǎn)生的摩擦力不與馬達(dá)作用力對抗，這些結(jié)構(gòu)甚至可能會(huì)解體。要了解這些細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)和它們可以產(chǎn)生的力，必須了解摩擦力是如何隨細(xì)絲的長度和它們之間交聯(lián)劑的數(shù)量而變化?，F(xiàn)有的理論預(yù)測，摩擦力隨著交聯(lián)劑的數(shù)量線性增加，這是人們直觀地預(yù)期。然而，新實(shí)驗(yàn)生動(dòng)地表明，摩擦力隨交聯(lián)劑的數(shù)量呈非線性增長，即呈指數(shù)增長。

指數(shù)增長

指數(shù)增長與線性增長之間的巨大差異，到目前為止，細(xì)絲間摩擦這種極不尋常的指數(shù)標(biāo)度行為的起源尚不清楚。AMOLF小組組長Ten Wolde和博士生Wierenga現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展出一種理論來解釋這些實(shí)驗(yàn)觀察，他們的理論是基于這樣的觀察，即生物絲由規(guī)則的亞基組成，為交聯(lián)劑產(chǎn)生了一組離散的結(jié)合位點(diǎn)。Wolde和Wierenga預(yù)測，只有在連接子集體重組的情況下，細(xì)絲才能移動(dòng)。

圖示：細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)由蛋白質(zhì)交聯(lián)的細(xì)絲組成，這些細(xì)絲由規(guī)則的亞基晶格組成，為交聯(lián)劑產(chǎn)生一組離散的結(jié)合位點(diǎn)，研究預(yù)測，結(jié)果是，隨著交聯(lián)劑數(shù)量的增加，摩擦力會(huì)迅速增大。

作為這種集體重組的結(jié)果，摩擦力非常迅速地增加，即，隨著連接子的數(shù)量呈指數(shù)增加。這項(xiàng)研究對我們理解細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)具有重要意義，具體地說，指數(shù)縮放意味著當(dāng)交聯(lián)劑密度超過一定閾值時(shí)，這些結(jié)構(gòu)基本上會(huì)凍結(jié)；摩擦力變得如此之高，以至于它們阻止了任何進(jìn)一步的運(yùn)動(dòng)。細(xì)胞可以利用這種強(qiáng)大的伸縮性來控制細(xì)胞結(jié)構(gòu)大小和穩(wěn)定性。

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博科園｜研究/來自：荷蘭科學(xué)研究組織實(shí)驗(yàn)室AMOLF

參考期刊《物理評論快報(bào)》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.078101

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