微小的水滴提供了活細胞內真實生活的一瞥

細胞內部是一個繁忙、擁擠的地方——充滿了蛋白質和其他分子，當它們在細胞質中旋轉時發(fā)生碰撞，細胞質是充滿細胞的液體。這些分子之間的相互作用驅動細胞的活動。但是當科學家研究這些相互作用時，他們使用了一個高度簡化的系統(tǒng)，沒有捕捉到復雜性。

現在，沖繩科學技術研究所 (OIST) 的研究人員創(chuàng)造了無膜液滴，其中分子的密度和運動類似于活細胞中的分子密度和運動。領導這項工作的 OIST蛋白質工程和進化部門的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胞中的行為方式來研究細胞反應。

細胞中的一類關鍵分子是一種稱為酶的蛋白質。酶的工作是引發(fā)化學反應并調節(jié)它們進行的速度。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——并觀察過程運行。在這樣的設置中，緩沖液非常稀。“這是一個很好的系統(tǒng)，因為酶是經過純化的，我們 100% 知道里面的東西，”勞里諾教授說。“但我們想創(chuàng)建一個類似于細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邦理工學院和德國馬克斯普朗克動力學與自組織研究所的科學家，將一種稱為聚乙二醇 (PEG) 的聚合物與一種蛋白質在水性緩沖液中混合。PEG 在流體中產生擁擠，從而推動富含蛋白質的微小液滴在緩沖液中分離。然后，科學家們在混合物中加入了一種酶，這種酶會擴散到液滴中。由于它們的內容物非常濃縮，液滴充當了反應室，酶可以在其中發(fā)揮作用。研究人員追蹤了液滴中反應進行的速度，以及其中分子的物理特性。

當他們將乳酸脫氫酶添加到溶液中時，他們發(fā)現反應非常有效——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，”勞里諾教授實驗室的研究員 Mirco Dindo 博士說。

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