如果你想了解細(xì)胞膜是如何工作的，亞當(dāng)科恩說，看看你的廚房。科恩是化學(xué)與化學(xué)生物學(xué)和物理學(xué)教授，他是一項新研究的主要作者，該研究提出了關(guān)于細(xì)胞膜流體性質(zhì)及其對張力的反應(yīng)的傳統(tǒng)理論。

長期以來，科學(xué)家一直認(rèn)為膜的作用類似于粘稠的液體，類似于蜂蜜，并且張力幾乎可以瞬間從細(xì)胞的一側(cè)傳遞到另一側(cè)，但在科恩實驗室工作的博士后科恩和鄭石表示他們實際上更接近像Jell-O這樣的半固體。這項研究發(fā)表于11月1日發(fā)表于Cell的論文中。

“傳統(tǒng)的圖片是膜是我們所說的二維液體，意味著構(gòu)成它的脂質(zhì)分子被卡在膜的平面上......但在那個平面內(nèi)，這些分子可以四處移動，”科恩說。 。“就像人們在大中央車站周圍碾磨一樣 - 每個人都被困在地板的平面上，但是他們可以四處走動。人們做了一些實驗，他們在這些實驗中標(biāo)記了跨膜蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)位于膜上，能夠觀察它們四處彌散。

“人們已經(jīng)認(rèn)為，因為膜的作用就像一種液體，如果你拉扯它的一側(cè)，它會流動，直到張力再次均衡，”他繼續(xù)道。“人們認(rèn)為這種張力的傳播速度非?？?，而且這可能是細(xì)胞從膜的一部分向另一部分發(fā)出信號的一種方式。”

但是，雖然有許多研究表明膜以這種方式起作用，但是很少有實驗證據(jù)支持它。

Cohen說，有什么工作來自于研究人員制造“合成”膜的實驗，然后表明張力幾乎立即從一側(cè)傳遞到另一側(cè)。

考慮到這種理解，Cohen和Shi開始通過開發(fā)熒光蛋白來觀察張力轉(zhuǎn)移，熒光蛋白隨著信號通過膜而點亮。

“我們的想法是，我們通過這些張力控制的離子通道具有非常敏感的觸覺感覺，而且我認(rèn)為如果我們的神經(jīng)元中只有觸摸產(chǎn)生電信號就會很酷......如果我們能看到的話直接觸摸，“科恩說。“所以鄭制造這些傳感器，我們試圖通過拉動細(xì)胞的一側(cè)并尋找信號的變化來校準(zhǔn)它們，他的實驗沒有意義。他一直在做實驗，沒有看到任何反應(yīng)。 “

雖然在這一點上簡單地判斷實驗不起作用并放棄可能很容易，但Cohen及其同事開始懷疑這些關(guān)于細(xì)胞膜的基本假設(shè)是否可能是錯誤的。

“所以鄭建立了一個非常簡單的實驗，他在機械執(zhí)行器上有兩個探頭，”他說。“他在兩個地方用力拉動膜，測量了張力......并且看不到任何耦合。所以他可以在一端拉出他想要的一切，而另一端絕對沒有。然后他做了同樣的實驗。自由膜與細(xì)胞脫離，他看到了完美的耦合。這告訴我們，當(dāng)細(xì)胞膜在細(xì)胞上時，它與細(xì)胞膜分離時有一些根本不同的東西。“

科恩及其同事假設(shè)，這種基本差異是活細(xì)胞中的蛋白質(zhì) - 位于細(xì)胞膜中并附著在細(xì)胞的細(xì)胞骨架上。

“那些蛋白質(zhì)不能四處移動，”科恩說。“而且每一個都像一個不動的障礙，所以任何流動都必須繞過它 - 好像你在大中央車站有很多人只是靜止不動。”

Cohen及其同事估計這些蛋白質(zhì)占細(xì)胞膜的 20% - 足以對膜的工作方式產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

“你可能會認(rèn)為，如果你占用了10%或20%的障礙物，你會看到10%或20%的效果，但事實證明它對膜的流動能力產(chǎn)生了一萬倍的影響， “科恩說。“每個人都熟悉的類比是Jell-O。當(dāng)你制作Jell-O時，明膠只占配方的5%左右 - 絕大多數(shù)只是水。

“百分之五的糖溶液就像水一樣流動，但百分之五的明膠凝膠根本不會流動，因為明膠鏈纏結(jié)在一起，不能相對移動，所以水會被困住，因為它可以' t流過股線之間的分子大小的空間，“他繼續(xù)道。“但如果你清除Jell-O并在其上涂上一滴染料，染料分子就會擴散通過它......因為分子很小，可以擠過去。”

他說，同樣的原理似乎是在細(xì)胞膜中起作用。

“個體分子看起來像是在自由地擴散，因為它們基本上是 - 它們可以擠過裂縫，”科恩說。“但是，這不應(yīng)該導(dǎo)致你錯誤的結(jié)論，即膜像液體一樣流動，因為有障礙物被卡在原位，就像明膠一樣。”

展望未來，科恩說有兩個途徑需要進一步研究。

“有一種很好的方法來對膜張力進行成像仍然很有意思，”他說。“因此，我們回到最初的問題來解釋細(xì)胞中的緊張是如何被調(diào)節(jié)的，因為它們獲得了不同種類的輸入。”

科恩還計劃探索是否有一些細(xì)胞確實可以跨膜轉(zhuǎn)移張力，希望探索這些細(xì)胞可能填補的特殊作用。

科恩說，對膜如何發(fā)揮作用的新認(rèn)識不僅可能對科學(xué)家未來如何進行生物學(xué)實驗產(chǎn)生重大影響，甚至可能有一天對我們?nèi)绾沃委熂膊‘a(chǎn)生影響。

“膜信號傳導(dǎo)是生命幾乎所有方面的基礎(chǔ)，因為這是信息從外部細(xì)胞進入細(xì)胞內(nèi)的方式，”科恩說。“絕大多數(shù)藥物都作用于跨膜蛋白。我們所有的神經(jīng)元，所有的離子通道和突觸受體都是跨膜蛋白，所以我希望有很多地方可以證明這是一個重要的參數(shù)。 。

“但是現(xiàn)在我們知道緊張局勢并不統(tǒng)一 - 實際上在細(xì)胞的不同部分可能會有很大差異 - 這表明它可能是細(xì)胞用來調(diào)節(jié)不同過程的東西，”他繼續(xù)道。“所以測定人做這些合成雙層，其中蛋白質(zhì)的張力是同質(zhì)可能會錯過重要的監(jiān)管機制......所以這是人們將不得不考慮的一個參數(shù)。”