《细胞》：像玻璃一样的细胞

　　——如果细菌细胞的内部像是玻璃，而不是水呢？近期一项研究表明细菌的细胞质行为更像是液体玻璃，这能用于解释细胞反应动力学……

生物通报道：我们一般所熟知的对细胞质的描绘是：细胞质(cytoplasm)又称胞浆，是由细胞质基质、内膜系统、细胞骨架和包涵物组成，其中基质指细胞质内呈液态的部分，是细胞质的基本成分，主要含有多种可溶性酶、糖、无机盐和水等。

这也就是说提及细胞的时候，大部分研究人员都认为它像一个充满液体的囊，当然不是完全充满水的水球，因为细胞质中还有许多大分子，而是一种更加具有黏性，充满了类似甘油之类东西的气球。

但是这其中透出来的含意就是细胞中有效均匀的分布着酶和其它代谢物，这些物质自由的扩散，它们的浓度是反应动力学的关键。这就是生物化学家们对细胞的传统定义。

然而事实证明，这个模型是过于简单化。

在近期的一项新研究中，研究人员发现细菌的细胞质其实更像玻璃，或者说是一种玻璃形态液体，与所谓的玻璃化（glass transition）十分相似。在这种环境下，较小的分子和蛋白质似乎通过扩散移动，而尺寸大于30 nm左右的粒子，比如核糖体，由于细胞质类似玻璃的特点，就只能缓慢的移动。

而且更值得注意的是，代谢活动也会由于细胞质而“被流化”，大型的粒子以新陈代谢活性存在，比以休眠状态活性存在更加有利于自由移动。

这一研究成果公布在Cell杂志上。

（如图所示，细胞中不同分子作用的方式发生了变化）

这一发现与之前的一些相互矛盾的数据相对应，对细胞的各种生理活动产生了巨大的影响，像是分区组装病毒粒子的过程中，染色质的运动，还有质粒的移动，都会发生改变。文章的通讯作者，霍德华休斯医学院，耶鲁大学分子、细胞和发育生物学教授Christine Jacobs-Wagner表示。

生物系统中细胞群体的来源、变化、分布和运动规律，以及各种条件对这些过程如何影响，是生物学领域的一大分支，也就是细胞动力学，研究细胞发生、命运决定与细胞再生、分化、凋亡、粘联、迁徙等非线性系统动力学，以及生物形态发生的基因相互作用、基因印记、细胞信息传导、基因调控网络的系统理论等，对于了解细胞的生理特征具有重要意义。

“如果一项研究影响了细胞动力学，那么就影响了细胞的生理和行为特征，因为所有的生物过程都要受到影响”，Jacobs-Wagner说，“生物大分子和复合物需要移动，才能行使功能，它们必须找到彼此，进行相互作用”。

Jacobs-Wagner致力于细胞动力学研究，她对细胞如何分裂，以及细胞内部的运动十分感兴趣，她曾指出，真核细胞的分裂是高中生物就教过的机制，但是对于比真核细胞更简单的细菌，却连像分裂这麽基础的机制，学术界都才刚刚开始瞭解而已。她曾用 Caulobacter cresentus 这种形状长得像香蕉的细菌来当做研究材料。这种细菌的细胞一端会长出长柄，把自己固定在某处。细胞长大要分裂时，旧细胞依然用长柄固定在原处，而没有长柄的一端变成新细胞，会长出鞭毛自己游走。

她还曾发现利用荧光实验（这种实验很难做，因为细菌太小）来跟踪转录后mRNA的扩散。她和同事们发现出人意料的是，新转录的mRNA所表现出的扩散很有限。他们猜测，堆积的染色体材料可能自己充当了一个区隔，来将转录与mRNA降解分开。

下篇：Cell挑战传统观点：不一样的细胞质

原文检索：
 
 Parry, B.R., et al., “The bacterial cytoplasm has glass-like properties and is fluidized by metabolic activity,” Cell, 156:183–94, 2014.