科学家提出了一种理论，描述由蛋白质交联的生物细丝之间的摩擦。令人惊讶的是，理论预测摩擦与交联剂的数量呈高度非线性关系。研究人员为，细胞使用这种缩放不仅是为了稳定细胞结构，也是为了控制它们的大小。这些新的发现对于理解细胞结构的动力学很重要，比如有丝分裂纺锤体，它在细胞分裂过程中将染色体拉开。
许多细胞结构由由马达蛋白和非马达蛋白交联的长丝组成，这些所谓的细胞骨架结构不仅使细胞具有机械稳定性，而且使它们能够在细胞分裂过程中穿过表面并将染色体拉开。力的产生通常归因于马达蛋白，利用化学燃料，马达蛋白可以使细丝相互移动。然而，这些马达力与被动、非马达蛋白质产生的摩擦力相反。这些摩擦力是细胞骨架结构机械性能的中心决定因素，它们限制了这些结构形成的速度和效率。
图示：一种由蛋白质微管蛋白组成的聚合物，它是参与细胞内运输、细胞移动和细胞核分裂的细胞骨架组成部分。
此外，甚至对它们的稳定性至关重要，因为如果被动交联剂产生的摩擦力不与马达作用力对抗，这些结构甚至可能会解体。要了解这些细胞骨架结构的动力学和它们可以产生的力，必须了解摩擦力是如何随细丝的长度和它们之间交联剂的数量而变化。现有的理论预测，摩擦力随着交联剂的数量线性增加，这是人们直观地预期。然而，新实验生动地表明，摩擦力随交联剂的数量呈非线性增长，即呈指数增长。
指数增长
指数增长与线性增长之间的巨大差异，到目前为止，细丝间摩擦这种极不寻常的指数标度行为的起源尚不清楚。AMOLF小组组长Ten Wolde和博士生Wierenga现在已经发展出一种理论来解释这些实验观察，他们的理论是基于这样的观察，即生物丝由规则的亚基组成，为交联剂产生了一组离散的结合位点。Wolde和Wierenga预测，只有在连接子集体重组的情况下，细丝才能移动。
图示：细胞骨架结构由蛋白质交联的细丝组成，这些细丝由规则的亚基晶格组成，为交联剂产生一组离散的结合位点，研究预测，结果是，随着交联剂数量的增加，摩擦力会迅速增大。
作为这种集体重组的结果，摩擦力非常迅速地增加，即，随着连接子的数量呈指数增加。这项研究对我们理解细胞骨架结构的动力学具有重要意义，具体地说，指数缩放意味着当交联剂密度超过一定阈值时，这些结构基本上会冻结；摩擦力变得如此之高，以至于它们阻止了任何进一步的运动。细胞可以利用这种强大的伸缩性来控制细胞结构大小和稳定性。
博科园｜研究/来自：荷兰科学研究组织实验室AMOLF
参考期刊《物理评论快报》
DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.078101
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