Cell挑战传统观点：不一样的细胞质

　　

生物通报道：当说到细胞的时候，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。

近期一项研究对这一观点提出了挑战，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。

前文： 《细胞》：像玻璃一样的细胞

Jacobs-Wagner偶然间发现了细胞质流体动力学和代谢活动之间的联系，她实验室的一位研究生采用运动跟踪技术，研究一个荧光靶向的细菌纤维蛋白（filament protein）。这个细菌就是 Caulobacter cresentus。刚开始，研究人员发现这种蛋白粒子能在细胞中自由移动，但是到达某个点的时候，蛋白的运动突然停了下来，同时细胞也停止了生长。

就像Jacobs-Wagner所说的那样，这“令我们福至心灵”，研究组怀疑这种代谢活动可能是关键，因此他们进行实验，迫使细胞进入休眠，如去除碳来源，或消耗 ATP储备。这些实验导致细胞粒子冻结在某处，研究人员发现在不同的细菌中也存在这种情况。

这表明这种粘度不足以解释细胞中不同粒子的行为和动力学。“如果只是由于（粘度效应），那么小的和大的颗粒在同一环境中应该都能看到，”她说，“但是现在只有较大的颗粒，这说明它们在同样环境中与小颗粒的运动方式不同。”

相反，如果细胞质的行为像胶状的玻璃，细胞质实际的拥堵情况就可以解释了(在胶体玻璃中，高浓度粒子移动缓慢，最终停下了聚在一起)。

Jacobs-Wagner解释说，在胶状玻璃中，物理搅拌可以采用正交试验系统。这可能是由于生化活性摇动了拥堵的各组件，从而能重新运动，移动较长的距离。

里昂大学计算机科学与控制（INRIA）研究院的资深研究员Hugues Berry通过数学建模分析了胞内动力学，表示这一发现有可能解释细菌的休眠。

“我们机体的新陈代谢很多，体内会发生有很多、很多生化反应，但突然切断食物来源，那么就会停止代谢活动，”Berry说，“这样就必须冻结新陈代谢，但是这是如何做到的呢？一种方法就是组织分子碰撞。”

或者这种玻璃样的行为还具有一些内膜未参与的不同分子环境机制。

无论是何种原因，我们现在都知道了细菌的细胞质要比水球结构复杂得多，“我们的研究不仅回答了一些问题，而且还提出了更多的问题，”Jacobs-Wagner说，“这表明细胞质具有比我们之前所知的更多的不同物理性质。”

（生物通：张迪）

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.