梦:微丝侧重运动,微管侧重运输,中间丝侧重支撑。
强:三者的功能为什么强调“侧重”?
梦:因为许多能力是三者共有的,比如支持能力,中间丝最强,微管次之,微丝最弱;微丝和微管都具有运动、运输和细胞分裂的作用,只是偏重不同。生命中任何一种构件都有其独特的功能和存在的价值,虽然不同的构件可能具有相同或相似的作用,但没有一个是多余的,就是其中最细微的差别决定了其价值。
强:微丝和微管的运动具有什么差别?
梦:梦:当微丝和微管的合成端过量,就会推动细胞膜向外伸展,微丝在细胞膜表面形成伪足向外伸展,微丝、微管的分解端解聚则细胞膜回收,由此推动单细胞向前爬行。微丝主导细胞的移动,如免疫细胞的移动和癌细胞的扩散;微管在细胞表面形成纤毛和鞭毛,驱动细胞运动,如精子的游动。微丝和微管的运动还能带动细胞质流动,形成胞质环流。
强:为什么要形成胞质环流?
梦:细胞内液含有大量有机分子,是细胞代谢的物质基础,使细胞内的水以结合水和自由水共存 的形式存在,二者使细胞内液同时具备 “胶体-流体” 双重属性,胶体使细胞结构稳定,流体利于压力传递和物质交换。细胞内液的缺点是不能自由流动,这就需要外力来搅拌,微丝通过肌球蛋白和肌动蛋白的运动搅拌,微管通过驱动蛋白和动力蛋白的运动搅拌,带动胞质的环流和囊泡运输。
强:微丝和微管的运输具有什么差别?
梦:微管作为细胞内的主要 “运输轨道”,支持跨细胞尺度的物质运输,负责细胞器和囊泡的大件运输。微管运输通过对马达蛋白的精准驱动和微管轨道的动态调控,使细胞内的物质有序分布。微管运输能确保能量、信号、结构组分到达靶位点,维持细胞器的功能区域化,保障细胞分裂和对外界刺激的响应。微丝负责分子级别的小件运输,能对细胞内各种物质精准识别、定位和分配,并输送到指定靶点。为了将物质准确送达,可以招募细胞骨架聚合因子来促进微丝的组装,临时铺路;货物送达后再促使细胞骨架解聚,拆除道路。
强:什么是马达蛋白?
梦:马达蛋白就像一个火车头,把微管、微丝作为轨道定向移动,以ATP为燃料在细胞内物质运输,同时还对细胞分裂、信号传导起关键作用。马达蛋白在微丝和微管上有所不同,沿着微管运输的是动力蛋白和驱动蛋白,沿着微丝运输的是肌动蛋白和肌球蛋白。
强:动力蛋白和驱动蛋白是如何运动的?
梦:动力蛋白和驱动蛋白通过水解ATP获取能量,沿着微管定向移动,两者的运动既有相似性,也存在不同。驱动蛋白以“小步快跑”形式从细胞中心到外前进,每步行进8nm,运输新合成的囊泡、细胞器、mRNA 等至细胞外周。动力蛋白以“大步跨越”形式从外周到细胞中心前进,每步行进24nm,运输大型货物,如内吞囊泡、老化的细胞器。
强:肌动蛋白和肌球蛋白是如何运动的?
梦:微丝就是由肌动蛋白组成的,肌动蛋白的运动就像“传送带”,通过轨道运动传输物质。整根微丝都是“传送带”,传送带不是滚动前进,而是正端生长延长,负端解聚缩短,生长和解聚同时进行形成动态组装,如同轨道在前进。肌球蛋白头部与肌动蛋白结合形成横桥,并沿着肌动蛋白纤维进行“行走”,使得肌动蛋白纤维和肌球蛋白纤维相对滑动。在肌肉细胞内,通过肌动蛋白和肌球蛋白的相互作用,来驱动肌肉运动。
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强:中间丝没有极性,微丝、微管的极性,极性具有什么特殊功能吗?
梦:是的,极性使微丝和微管可以被磁约束,可以按照磁场的指示运动,在细胞的有丝分裂过程中具有重要的作用。当细胞进入分裂时期,核膜崩解,微丝和微管可以在磁场的引导下进入核仁,捕获染色体的微管和动粒,向两极拉动。而中间纤维主要维持细胞的稳定,基本不参与细胞分裂的动作。