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        抓住光滑的細(xì)胞膜
        
			
        
				2019-01-19 10:30:52
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        在我們的每個細(xì)胞內(nèi)都有一個分配系統(tǒng)，它使用分子馬達(dá)和細(xì)絲沿其內(nèi)部框架或細(xì)胞骨架移動蛋白質(zhì)，細(xì)胞器和其他微小貨物。為了實現(xiàn)這一壯舉，電機(jī)和燈絲必須牽引在貨物包裝周圍的柔性膜上，但這些由稱為脂質(zhì)的脂肪分子制成的膜非常光滑。科學(xué)家們一直想知道分子運輸機(jī)械如何能夠保持其抓地力。這項工作很重要，因為對分子馬達(dá)和膜力學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)的了解可以轉(zhuǎn)化為對細(xì)胞和組織發(fā)育，傷口愈合和免疫系統(tǒng)反應(yīng)的更好理解 - 以及癌細(xì)胞如何從單個腫瘤擴(kuò)散到身體的其他部位。
        

        抓住光滑的細(xì)胞膜
        

        由于伍斯特理工學(xué)院(WPI)和賓夕法尼亞大學(xué)(賓夕法尼亞大學(xué))的合作研究項目，答案開始出現(xiàn)。由WPI物理學(xué)副教授ErkanTüzel博士和賓夕法尼亞肌肉研究所生物學(xué)教授兼賓夕法尼亞佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院教授Michael Ostap博士領(lǐng)導(dǎo)，該團(tuán)隊正在利用實驗室實驗和計算模型來研究它們之間的相互作用。電動機(jī)(由稱為肌球蛋白-1的蛋白質(zhì)制成)，細(xì)絲(由蛋白質(zhì)肌動蛋白制成)和膜。他們的研究結(jié)果發(fā)表在科學(xué)報告在線發(fā)表的論文“由膜相關(guān)肌球蛋白-1產(chǎn)生力”一文中。
        

        “為了保持抓地力，這些肌球蛋白-1分子需要對油膜產(chǎn)生足夠的力，”Tüzel說。“他們?nèi)绾巫龅竭@一點尚不清楚。現(xiàn)在我們可以說，'是的，數(shù)字是有道理的，物理確實有效。'”除運輸貨物外，細(xì)胞還具有許多基本功能 - 從分泌蛋白質(zhì)到分成兩個子細(xì)胞 - 需要精確操作細(xì)胞膜。這項工作是通過附著在肌動蛋白絲上的肌球蛋白電動機(jī)完成的，肌動蛋白絲必須抓住膜并拉緊它們。這項工作提供了有關(guān)電機(jī)如何保持抓地力的新見解。
        

        深入了解這個謎團(tuán)需要Tüzel的綜合技能，Tüzel是一位理論生物物理學(xué)家，他開發(fā)了模擬復(fù)雜系統(tǒng)(包括活細(xì)胞)行為的算法和計算模型，以及Ostap，一位研究分子馬達(dá)和其他結(jié)構(gòu)的實驗生物物理學(xué)家電池。他們在2014年肌肉與分子汽車戈登研究會議上開始合作。
        

        對于目前的研究，Ostap實驗室的研究員Serapion Pyrpassopoulos博士在兩個熒光珠之間連接肌動蛋白絲上的肌球蛋白-1分子。使用Pyrpassopoulos開發(fā)的技術(shù)將肌球蛋白的尾部置于覆蓋有脂質(zhì)的球體上。
        

        肌動蛋白絲在光阱的幫助下左右移動。隨著肌球蛋白-1分子在球體上伸展和滑動，研究人員測量了分子對球體施加的力。Tüzel和WPI研究生GökerArpag?從這些單分子實驗中獲取數(shù)據(jù)，并開發(fā)出一種計算模型，可用于確定肌球蛋白-1分子有效操作膜所需的時間。
        

        該模型顯示，在膜中夾住單個脂質(zhì)分子的單個肌球蛋白-1分子不能產(chǎn)生成功牽引膜所需的力。事實上，該模型預(yù)測，需要69到124個肌球蛋白-1分子，所有這些分子都附著在一個肌動蛋白絲上并且一起工作，才能完成這項工作。該模型還預(yù)測肌球蛋白-1分子將以不同的速率在膜的脂質(zhì)表面上滑動。當(dāng)一些人找到一個更容易抓住的區(qū)域時，其他人會在那里遷移并集體堅持，就像一個拔河隊在繩索上聚集起來，在那里獲得良好的立足點。
        

        “我們還發(fā)現(xiàn)，較慢移動的肌球蛋白似乎可以幫助更快速滑動的肌球蛋白，讓它們有時間移動到更容易抓握的區(qū)域，”Tüzel指出。
        

        Tüzel和Ostap正在繼續(xù)合作，根據(jù)計算機(jī)模型的預(yù)測計劃新的實驗。“這些基本的實驗和模型令人興奮，因為它們?yōu)槲覀兲峁┝碎_始詢問更多生理學(xué)相關(guān)問題的框架，”Ostap補(bǔ)充道，“就像肌球蛋白附著在其細(xì)胞貨物上時發(fā)生的力量產(chǎn)生的情況一樣。”
        
			

			
          
        
			
        
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