細(xì)胞內(nèi)部是一個(gè)繁忙、擁擠的地方——充滿了蛋白質(zhì)和其他分子，當(dāng)它們?cè)诩?xì)胞質(zhì)中旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生碰撞，細(xì)胞質(zhì)是充滿細(xì)胞的液體。這些分子之間的相互作用驅(qū)動(dòng)細(xì)胞的活動(dòng)。但是當(dāng)科學(xué)家研究這些相互作用時(shí)，他們使用了一個(gè)高度簡(jiǎn)化的系統(tǒng)，沒有捕捉到復(fù)雜性。
現(xiàn)在，沖繩科學(xué)技術(shù)研究所 (OIST) 的研究人員創(chuàng)造了無膜液滴，其中分子的密度和運(yùn)動(dòng)類似于活細(xì)胞中的分子密度和運(yùn)動(dòng)。領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)工作的 OIST蛋白質(zhì)工程和進(jìn)化部門的Paola Laurino 教授說，在Nature Communications 中描述的這種方法使研究人員能夠以更密切地反映分子在活細(xì)胞中的行為方式來研究細(xì)胞反應(yīng)。
細(xì)胞中的一類關(guān)鍵分子是一種稱為酶的蛋白質(zhì)。酶的工作是引發(fā)化學(xué)反應(yīng)并調(diào)節(jié)它們進(jìn)行的速度。為了研究酶，研究人員通常將它們添加到大量不含其他分子的水基緩沖液中。然后他們添加底物——酶作用的蛋白質(zhì)——并觀察過程運(yùn)行。在這樣的設(shè)置中，緩沖液非常稀。“這是一個(gè)很好的系統(tǒng)，因?yàn)槊甘墙?jīng)過純化的，我們 100% 知道里面的東西，”勞里諾教授說。“但我們想創(chuàng)建一個(gè)類似于細(xì)胞溶膠高大分子擁擠的系統(tǒng)，看看這如何影響酶的活性。”
為了制造液滴，勞里諾教授和她的合作者，包括來自瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和德國馬克斯普朗克動(dòng)力學(xué)與自組織研究所的科學(xué)家，將一種稱為聚乙二醇 (PEG) 的聚合物與一種蛋白質(zhì)在水性緩沖液中混合。PEG 在流體中產(chǎn)生擁擠，從而推動(dòng)富含蛋白質(zhì)的微小液滴在緩沖液中分離。然后，科學(xué)家們?cè)诨旌衔镏屑尤肓艘环N酶，這種酶會(huì)擴(kuò)散到液滴中。由于它們的內(nèi)容物非常濃縮，液滴充當(dāng)了反應(yīng)室，酶可以在其中發(fā)揮作用。研究人員追蹤了液滴中反應(yīng)進(jìn)行的速度，以及其中分子的物理特性。
當(dāng)他們將乳酸脫氫酶添加到溶液中時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)反應(yīng)非常有效——也就是說，以非常高的代謝率，類似于在微生物中觀察到的。“這意味著我們的液滴中可以含有大量能量，”勞里諾教授實(shí)驗(yàn)室的研究員 Mirco Dindo 博士說。
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