生命在于運(yùn)動(dòng)。我們伸手拍蚊子，而后者靈活地躲避了死神之手。這其中發(fā)生了什么？是誰(shuí)控制我們的手部運(yùn)動(dòng)，又是誰(shuí)解救了蚊子？答案是分子馬達(dá)，手部肌肉和蚊子翅膀中的納米級(jí)蛋白機(jī)器。我們需要這些馬達(dá)來(lái)拍蚊子、眨眼睛、行走、吃飯、喝水……，做一切你想象得出的事。就在我們伸手拍蚊子的時(shí)候，肌肉中數(shù)百萬(wàn)分子馬達(dá)正進(jìn)行著精密合作。

許多細(xì)胞過(guò)程都需要多個(gè)馬達(dá)蛋白共同產(chǎn)生較大的力量，因此了解馬達(dá)蛋白如何產(chǎn)生合力很重要。此前人們對(duì)其中的機(jī)制知之甚少，日前印度TIFR塔塔基礎(chǔ)研究院Dr. Roop Mallik領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在細(xì)胞內(nèi)實(shí)現(xiàn)了單分子水平的光學(xué)捕獲，定量了馬達(dá)蛋白小隊(duì)驅(qū)動(dòng)單個(gè)吞噬體時(shí)生成的力量。這項(xiàng)研究發(fā)表在最近一期的Cell雜志上。

有趣的是，強(qiáng)有力的驅(qū)動(dòng)蛋白無(wú)法協(xié)同作用，而較弱且易于解體的動(dòng)力蛋白卻能夠合作產(chǎn)生很大的力量。研究顯示，當(dāng)面對(duì)更高負(fù)載時(shí)，動(dòng)力蛋白運(yùn)載小隊(duì)與微管結(jié)合，而驅(qū)動(dòng)蛋白快速解散。

為何自然界做出如此不合常理的選擇，讓弱馬達(dá)蛋白在許多生物學(xué)過(guò)程中承擔(dān)如此重任呢？研究人員發(fā)現(xiàn)，由于每個(gè)動(dòng)力蛋白都能夠改變其齒輪，一隊(duì)動(dòng)力蛋白就可以分擔(dān)很大的負(fù)載。正因如此，與其他沒(méi)有傳動(dòng)裝置的強(qiáng)力馬達(dá)蛋白相比，動(dòng)力蛋白團(tuán)隊(duì)合作更為有效。

研究人員將激光束聚焦在小鼠細(xì)胞內(nèi)部，以此困住細(xì)胞中被馬達(dá)蛋白驅(qū)動(dòng)的單個(gè)吞噬體，此時(shí)這些馬達(dá)蛋白就會(huì)使出渾身解數(shù)將物質(zhì)拖出“激光陷阱”。研究人員觀察了四個(gè)動(dòng)力蛋白合力將吞噬體拖出激光陷阱的過(guò)程。

Mallik說(shuō)：“每個(gè)動(dòng)力蛋白都有轉(zhuǎn)換齒輪的特殊能力，就向我們開(kāi)車上坡要換檔一樣。在動(dòng)力蛋白運(yùn)載小隊(duì)中，每個(gè)蛋白都會(huì)依據(jù)所需拉力做出調(diào)整，在拉動(dòng)時(shí)緊密合作。這種形式下動(dòng)力蛋白能夠平均分?jǐn)偹鼈兊呢?fù)載，從而有效產(chǎn)生更大的力量。值得注意的是，驅(qū)動(dòng)蛋白比動(dòng)力蛋白更強(qiáng)力，但由驅(qū)動(dòng)蛋白組成的小隊(duì)就無(wú)法產(chǎn)生那么大的力，原因就在于驅(qū)動(dòng)蛋白沒(méi)有傳動(dòng)裝置。”

看來(lái)在人類造出法拉利和蘭博基尼以前，自然界早早就學(xué)會(huì)了打造帶傳動(dòng)裝置的納米級(jí)馬達(dá)了。