细胞如何控制它们的边界

时间：2022-03-30 00:00:00 来源：网络整理

细菌、真菌和酵母菌非常善于排泄有用的物质，如弱酸。其中一种方法是通过分子的被动扩散穿过细胞膜。同时，细胞需要防止大量小分子的泄漏。例如，酵母细胞可以在恶劣的环境中生存，这要归功于一个非常坚固且相对不透水的膜系统。荷兰格罗宁根大学(University of Groningen)的生物化学家研究了细胞膜的组成如何影响被动扩散和细胞膜的坚固性。他们的研究结果发表在自然通讯3月25日，可以帮助生物技术行业优化有用分子的微生物生产，并帮助药物设计。

边界控制对细胞非常重要。它们的膜将内部环境和外部环境分开，这是非常不同的。为了吸收有用的化合物，如营养物质，或排泄废物，细胞可以利用选择性运输系统。然而，一些跨膜运输是通过被动扩散进行的。这是一个非选择性的过程，会让一些分子进出，例如，取决于它们的大小和疏水性。活性转运蛋白已被广泛研究;然而，我们对膜的被动扩散的认识还很不完整。

合成小泡

这对生物技术行业来说是个问题，生物技术行业将细胞作为工厂来生产大量有用的物质，需要这些工作细胞在恶劣条件下生存，例如在高浓度酒精或弱酸的环境中。一家对用细菌生产乳酸感兴趣的生物技术公司找到了格罗宁根大学的生物化学教授伯特·普尔曼。他们想了解更多关于被动扩散的知识。这与普尔曼正在进行的另一个项目非常吻合。普尔曼说:“我们对这些被动运输过程非常感兴趣，因为我们参与了一个建造合成细胞的项目。”“如果可以使用被动扩散而不是主动传输系统，那么构建这种细胞所需的部件就会更少。”

因此，他在一个研究项目中结合了这两个问题。普尔曼说:“我们从一项系统的研究开始，研究导致酵母膜和细菌膜通透性差异的原因。”他的团队创造了由三到四种不同脂质组成的合成囊泡。麦角固醇或胆固醇被添加到膜上，以影响其流动性和刚性。使用该系统测试了一系列小分子，这些实验的结果指导了通过膜扩散的分子动力学模拟。由Siewert-Jan Marrink教授指导的硅内研究为扩散的分子机制提供了更深入的见解。

调整

脂质的脂肪酸尾对膜的性质影响最大，而亲水性头基对膜的渗透性影响不大。尾巴的长度也很重要。“而且没有双碳键的饱和尾部比不饱和尾部更硬。疏水的相互作用导致这些尾部紧密堆积，导致凝胶阶段不是很容易渗透，”poolman解释道。固醇类增加流动性，但酵母使用麦角固醇，渗透性仍然很低。“因此，通过调整细胞膜中脂肪酸的饱和度以及甾醇的类型和数量，我们可以改变酵母和细菌细胞质膜的渗透性。”

因此，poolman和他的同事们定义了一些变量，这些变量改变了不同种类化合物的膜渗透性。这些信息可以被使用酵母或细菌作为细胞工厂的公司使用。普尔曼警告说:“然而，我们的研究结果不能直接应用于这些细胞。”“真正的细胞膜包含数百种不同的脂质，在细胞膜不同位置的组成也不同。”此外，这些细胞膜还含有各种各样的蛋白质。如果你改变了细胞膜的脂质组成，很多东西就会出错，膜蛋白的功能就会受到影响。”

药物设计

对影响渗透性的物理过程了解的增加，可以帮助公司理解为什么某些细胞比其他细胞更适合特定的过程。“调整应变的通常方式是通过定向进化。我们的研究结果将有助于公司更好地理解这些优化的结果，并指导他们的细胞工程工作。”

另一个应用是细胞内作用药物的设计。制药公司使用一套经验建立的规则，根据细胞大小或极性等参数来优化药物在细胞内的作用。我们的研究强调了靶向细胞的膜组成的重要性，这可能有助于药物设计。”

文章标题

膜厚度、脂质相和甾醇类型是决定膜对小溶质渗透性的因素

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