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《細胞》:像玻璃一樣的細胞

日期:2014-07-29 09:05:50

 

我們一般所熟知的對細胞質的描繪是:細胞質(cytoplasm)又稱胞漿,是由細胞質基質、內膜系統、細胞骨架和包涵物組成,其中基質指細胞質內呈液態的部分,是細胞質的基本成分,主要含有多種可溶性酶、糖、無機鹽和水等。

 

這也就是說提及細胞的時候,大部分研究人員都認為它像一個充滿液體的囊,當然不是完全充滿水的水球,因為細胞質中還有許多大分子,而是一種更加具有黏性,充滿了類似甘油之類東西的氣球。

 

但是這其中透出來的含意就是細胞中有效均勻的分布著酶和其它代謝物,這些物質自由的擴散,它們的濃度是反應動力學的關鍵。這就是生物化學家們對細胞的傳統定義。

 

然而事實證明,這個模型是過于簡單化。

 

在近期的一項新研究中,研究人員發現細菌的細胞質其實更像玻璃,或者說是一種玻璃形態液體,與所謂的玻璃化(glass transition)十分相似。在這種環境下,較小的分子和蛋白質似乎通過擴散移動,而尺寸大于30 nm左右的粒子,比如核糖體,由于細胞質類似玻璃的特點,就只能緩慢的移動。

 

而且更值得注意的是,代謝活動也會由于細胞質而“被流化”,大型的粒子以新陳代謝活性存在,比以休眠狀態活性存在更加有利于自由移動。

 

這一研究成果公布在Cell雜志上。

 

這一發現與之前的一些相互矛盾的數據相對應,對細胞的各種生理活動產生了巨大的影響,像是分區組裝病毒粒子的過程中,染色質的運動,還有質粒的移動,都會發生改變。文章的通訊作者,霍德華休斯醫學院,耶魯大學分子、細胞和發育生物學教授Christine Jacobs-Wagner表示。

 

生物系統中細胞群體的來源、變化、分布和運動規律,以及各種條件對這些過程如何影響,是生物學領域的一大分支,也就是細胞動力學,研究細胞發生、命運決定與細胞再生、分化、凋亡、粘聯、遷徙等非線性系統動力學,以及生物形態發生的基因相互作用、基因印記、細胞信息傳導、基因調控網絡的系統理論等,對于了解細胞的生理特征具有重要意義。

 

“如果一項研究影響了細胞動力學,那么就影響了細胞的生理和行為特征,因為所有的生物過程都要受到影響”,Jacobs-Wagner說,“生物大分子和復合物需要移動,才能行使功能,它們必須找到彼此,進行相互作用”。

 

Jacobs-Wagner致力于細胞動力學研究,她對細胞如何分裂,以及細胞內部的運動十分感興趣,她曾指出,真核細胞的分裂是高中生物就教過的機制,但是對于比真核細胞更簡單的細菌,卻連像分裂這麼基礎的機制,學術界都才剛剛開始瞭解而已。她曾用 Caulobacter cresentus 這種形狀長得像香蕉的細菌來當做研究材料。這種細菌的細胞一端會長出長柄,把自己固定在某處。細胞長大要分裂時,舊細胞依然用長柄固定在原處,而沒有長柄的一端變成新細胞,會長出鞭毛自己游走。

 

她還曾發現利用熒光實驗(這種實驗很難做,因為細菌太小)來跟蹤轉錄后mRNA的擴散。她和同事們發現出人意料的是,新轉錄的mRNA所表現出的擴散很有限。他們猜測,堆積的染色體材料可能自己充當了一個區隔,來將轉錄與mRNA降解分開。

 


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