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(cè)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(duì)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(guò)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(zhǎng)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(guò)程中穿過(guò)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。

此外，甚至對(duì)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(duì)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(zhǎng)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(cè)，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(zhǎng)，即呈指數(shù)增長(zhǎng)。

指數(shù)增長(zhǎng)

指數(shù)增長(zhǎng)與線性增長(zhǎng)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(zhǎng)Ten Wolde和博士生Wierenga現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展出一種理論來(lái)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(cè)，只有在連接子集體重組的情況下，細(xì)絲才能移動(dòng)。

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(duì)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(shuō)，指數(shù)縮放意味著當(dāng)交聯(lián)劑密度超過(guò)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(lái)控制細(xì)胞結(jié)構(gòu)大小和穩(wěn)定性。

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

參考期刊《物理評(píng)論快報(bào)》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.078101

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