细胞为调控其内部复杂的生化反应,需要具有两个重要性质的细胞隔室:必须有一个边界用于隔离外界环境(细胞质);内部物质可以自由扩散。许多隔室通过细胞膜与外界隔开,但有些隔室是无膜的,如核仁等。理解无膜隔室彼此之间如何共存,及其与细胞质如何共存,是当前生物物理领域备受关注的难题。研究表明,无膜细胞器具有能够流动、融合、形变等液态特征,而液-液相分离被认为是无膜细胞器形成的物理机制。因为无膜细胞器处在由细胞骨架构成的弹性网络中,细胞骨架对无膜细胞器的形成与尺寸有重要影响,所以研究弹性介导的液-液相分离对理解无膜细胞器的物性至关重要。
当体系达到平衡时,系统的自由能由三部分组成:弹性网络和液体的混合自由能,液滴的表面能,以及液滴挤压弹性网络产生的弹性能。小液滴合并成大液滴会降低数密度,从而导致体系的表面能减小,但液滴尺寸增大会导致体系的弹性能增加;这两个因素的竞争关系决定了体系平衡时液滴的尺寸。如图2所示,研究理论结果与实验数据较吻合:液滴尺寸随着弹性网络剪切模量的增大而减小,数密度随着剪切模量的增加而增加,且稀相溶质的体积分数随剪切模量增大近似线性增加。研究表明,可通过调节弹性网络的强度来控制液-液相分离所得液滴的尺寸,这有望为细胞骨架中无膜细胞器的形成机理提供新视角。
|
官方微信