肌肉的秘密生活

日期:2018-01-04 07:04:22 作者:利廷赡 阅读:

作者:Marcus Chown如果一台机器缩小,直到它只有10纳米的距离,它将被数百万个围绕它的分子无情地冲击研究人员一直困惑于肌肉如何在面对这样的机枪攻击时工作,因为驱动其收缩的“蛋白质机器”大致如此大小并且被水分子包围现在,美国的物理学家已经建立了一个简单的模型,可以帮助解释肌肉的运作方式如果Albert Libchaber和他在纽约洛克菲勒大学的同事是对的,远非受到随机轰击水分子的阻碍,导致肌肉收缩的蛋白质实际上可能会利用它来运作(Physical Review Letters,vol 74,p 1504) Libchaber和他的同事在一个方向上制造了一个仅1.5微米的聚苯乙烯珠,尽管事实上它被周围的水分子从各个方向均匀地冲击这一显然是不可能的壮举是通过首先将珠子捕获在研究人员所称的“周期性锯齿潜力”中来实现的我们倾向于仅考虑电压方面的电位但对于物理学家来说,潜力只是一种可视化身体所经受力的方式 Libchaber模型核心的周期性潜力可以被认为是锯上的一系列牙齿重要的是它是“不对称的”,因为每个齿的一侧有一个缓坡,另一侧有一个陡坡(见图)在正常情况下,被困在这样一个潜能中的珠子将被保持在两个牙齿之间的一个槽中,当它被水分子不断地击打时会摇晃,但不会到达任何地方但如果突然关闭电位,珠子将自由漂移到更远的地方但是,由于它是随机冲击的,因此右侧可能会向右漂移,这当然不是机器所需的定向运动这是潜在的不对称锯齿形状自成一体的地方当再次重新开启电位时,珠子可能已经向左或向右漂移足够远以被困在相邻的槽中但它更有可能陷入位于最近峰的另一侧 - 右侧的低谷 Libchaber团队使用的不对称锯齿形状确保了最接近珠子的峰值始终是右边的峰值因此,通过反复打开和关闭电位,可以使珠子从左向右迁移,从水分子的随机抖动中提取定向运动 Libchaber和他的同事使用了一种红外激光器,其光束非常快速地扫出一圈,形成锯齿状电位并为系统提供能量光束首先通过“斩波器”,使其强度不对称地振荡其效果是在圆周周围产生明亮和微弱激光的交替区域 - 所需的锯齿潜力激光束在珠子中感应出电荷,而电荷又与激光器的电场相互作用,将光束保持在激光最强的地方因此,强光区域捕获了珠子并且对应于电势的谷,而微弱光的区域对应于峰值当研究人员反复打开和关闭激光时,他们发现珠子围绕圆圈向一个方向移动 Libchaber说,他的模型和生物学之间的联系只是暂时的,但它暗示了肌肉的运作方式当一种名为肌球蛋白的蛋白质分子沿着蛋白质肌动蛋白的细丝向一个方向移动时,肌肉会收缩,不断地粘附和不粘连 Libchaber认为肌动蛋白可能因其化学成分沿其长度的周期性变化而产生不对称的锯齿潜力 Libchaber推测,肌球蛋白可能会利用三磷酸腺苷(ATP)分子携带的能量,这是驱动肌肉收缩的“燃料”,使其能够超越另一侧的锯齿峰通过这种方式,肌球蛋白分子可以沿着肌动蛋白丝在一个方向上前进,