《細(xì)胞》：像玻璃一樣的細(xì)胞
日期：2014-07-29 09:05:50
我們一般所熟知的對(duì)細(xì)胞質(zhì)的描繪是：細(xì)胞質(zhì)(cytoplasm)又稱胞漿，是由細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、內(nèi)膜系統(tǒng)、細(xì)胞骨架和包涵物組成，其中基質(zhì)指細(xì)胞質(zhì)內(nèi)呈液態(tài)的部分，是細(xì)胞質(zhì)的基本成分，主要含有多種可溶性酶、糖、無機(jī)鹽和水等。
這也就是說提及細(xì)胞的時(shí)候，大部分研究人員都認(rèn)為它像一個(gè)充滿液體的囊，當(dāng)然不是完全充滿水的水球，因?yàn)榧?xì)胞質(zhì)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(xì)胞中有效均勻的分布著酶和其它代謝物，這些物質(zhì)自由的擴(kuò)散，它們的濃度是反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的關(guān)鍵。這就是生物化學(xué)家們對(duì)細(xì)胞的傳統(tǒng)定義。
然而事實(shí)證明，這個(gè)模型是過于簡(jiǎn)單化。
在近期的一項(xiàng)新研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)細(xì)菌的細(xì)胞質(zhì)其實(shí)更像玻璃，或者說是一種玻璃形態(tài)液體，與所謂的玻璃化（glass transition）十分相似。在這種環(huán)境下，較小的分子和蛋白質(zhì)似乎通過擴(kuò)散移動(dòng)，而尺寸大于30 nm左右的粒子，比如核糖體，由于細(xì)胞質(zhì)類似玻璃的特點(diǎn)，就只能緩慢的移動(dòng)。
而且更值得注意的是，代謝活動(dòng)也會(huì)由于細(xì)胞質(zhì)而“被流化”，大型的粒子以新陳代謝活性存在，比以休眠狀態(tài)活性存在更加有利于自由移動(dòng)。
這一研究成果公布在Cell雜志上。
這一發(fā)現(xiàn)與之前的一些相互矛盾的數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)，對(duì)細(xì)胞的各種生理活動(dòng)產(chǎn)生了巨大的影響，像是分區(qū)組裝病毒粒子的過程中，染色質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，還有質(zhì)粒的移動(dòng)，都會(huì)發(fā)生改變。文章的通訊作者，霍德華休斯醫(yī)學(xué)院，耶魯大學(xué)分子、細(xì)胞和發(fā)育生物學(xué)教授Christine Jacobs-Wagner表示。
生物系統(tǒng)中細(xì)胞群體的來源、變化、分布和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以及各種條件對(duì)這些過程如何影響，是生物學(xué)領(lǐng)域的一大分支，也就是細(xì)胞動(dòng)力學(xué)，研究細(xì)胞發(fā)生、命運(yùn)決定與細(xì)胞再生、分化、凋亡、粘聯(lián)、遷徙等非線性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)，以及生物形態(tài)發(fā)生的基因相互作用、基因印記、細(xì)胞信息傳導(dǎo)、基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)理論等，對(duì)于了解細(xì)胞的生理特征具有重要意義。
“如果一項(xiàng)研究影響了細(xì)胞動(dòng)力學(xué)，那么就影響了細(xì)胞的生理和行為特征，因?yàn)樗械纳镞^程都要受到影響”，Jacobs-Wagner說，“生物大分子和復(fù)合物需要移動(dòng)，才能行使功能，它們必須找到彼此，進(jìn)行相互作用”。
Jacobs-Wagner致力于細(xì)胞動(dòng)力學(xué)研究，她對(duì)細(xì)胞如何分裂，以及細(xì)胞內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)十分感興趣，她曾指出，真核細(xì)胞的分裂是高中生物就教過的機(jī)制，但是對(duì)于比真核細(xì)胞更簡(jiǎn)單的細(xì)菌，卻連像分裂這麼基礎(chǔ)的機(jī)制，學(xué)術(shù)界都才剛剛開始瞭解而已。她曾用 Caulobacter cresentus 這種形狀長(zhǎng)得像香蕉的細(xì)菌來當(dāng)做研究材料。這種細(xì)菌的細(xì)胞一端會(huì)長(zhǎng)出長(zhǎng)柄，把自己固定在某處。細(xì)胞長(zhǎng)大要分裂時(shí)，舊細(xì)胞依然用長(zhǎng)柄固定在原處，而沒有長(zhǎng)柄的一端變成新細(xì)胞，會(huì)長(zhǎng)出鞭毛自己游走。
她還曾發(fā)現(xiàn)利用熒光實(shí)驗(yàn)（這種實(shí)驗(yàn)很難做，因?yàn)榧?xì)菌太?。﹣砀欈D(zhuǎn)錄后mRNA的擴(kuò)散。她和同事們發(fā)現(xiàn)出人意料的是，新轉(zhuǎn)錄的mRNA所表現(xiàn)出的擴(kuò)散很有限。他們猜測(cè)，堆積的染色體材料可能自己充當(dāng)了一個(gè)區(qū)隔，來將轉(zhuǎn)錄與mRNA降解分開。
