發現細胞內有摩擦力,有絲分裂紡錘體,分裂過程中將染色體拉開!

科學家提出了一種理論，描述由蛋白質交聯的生物細絲之間的摩擦。令人驚訝的是，理論預測摩擦與交聯劑的數量呈高度非線性關係。研究人員為，細胞使用這種縮放不僅是為了穩定細胞結構，也是為了控制它們的大小。這些新的發現對於理解細胞結構的動力學很重要，比如有絲分裂紡錘體，它在細胞分裂過程中將染色體拉開。

許多細胞結構由由馬達蛋白和非馬達蛋白交聯的長絲組成，這些所謂的細胞骨架結構不僅使細胞具有機械穩定性，而且使它們能夠在細胞分裂過程中穿過表面並將染色體拉開。力的產生通常歸因於馬達蛋白，利用化學燃料，馬達蛋白可以使細絲相互移動。然而，這些馬達力與被動、非馬達蛋白質產生的摩擦力相反。這些摩擦力是細胞骨架結構機械性能的中心決定因素，它們限制了這些結構形成的速度和效率。

圖示：一種由蛋白質微管蛋白組成的聚合物，它是參與細胞內運輸、細胞移動和細胞核分裂的細胞骨架組成部分。

此外，甚至對它們的穩定性至關重要，因為如果被動交聯劑產生的摩擦力不與馬達作用力對抗，這些結構甚至可能會解體。要了解這些細胞骨架結構的動力學和它們可以產生的力，必須了解摩擦力是如何隨細絲的長度和它們之間交聯劑的數量而變化。現有的理論預測，摩擦力隨著交聯劑的數量線性增加，這是人們直觀地預期。然而，新實驗生動地表明，摩擦力隨交聯劑的數量呈非線性增長，即呈指數增長。

指數增長

指數增長與線性增長之間的巨大差異，到目前為止，細絲間摩擦這種極不尋常的指數標度行為的起源尚不清楚。AMOLF小組組長Ten Wolde和博士生Wierenga現在已經發展出一種理論來解釋這些實驗觀察，他們的理論是基於這樣的觀察，即生物絲由規則的亞基組成，為交聯劑產生了一組離散的結合位點。Wolde和Wierenga預測，只有在連接子集體重組的情況下，細絲才能移動。

圖示：細胞骨架結構由蛋白質交聯的細絲組成，這些細絲由規則的亞基晶格組成，為交聯劑產生一組離散的結合位點，研究預測，結果是，隨著交聯劑數量的增加，摩擦力會迅速增大。

作為這種集體重組的結果，摩擦力非常迅速地增加，即，隨著連接子的數量呈指數增加。這項研究對我們理解細胞骨架結構的動力學具有重要意義，具體地說，指數縮放意味著當交聯劑密度超過一定閾值時，這些結構基本上會凍結；摩擦力變得如此之高，以至於它們阻止了任何進一步的運動。細胞可以利用這種強大的伸縮性來控制細胞結構大小和穩定性。

博科園｜研究/來自：荷蘭科學研究組織實驗室AMOLF

參考期刊《物理評論快報》

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