PNAS：主動運輸顛覆性新發現

　　麻省大學Amherst分校的生物物理學家指出，此前人們研究主動運輸的模型過于簡單，無法反映活細胞中擁擠的主動運輸，而他們使用新技術對運輸系統進行了改進，研究結果推翻了人們對主動運輸老觀點。

　　許多活細胞的主動轉運系統在微管組成的高速軌道上運行，驅動蛋白負責將貨物快速運輸到目的地。研究人員指出，盡管細胞中的交通運輸非常繁忙，但主動運輸系統仍然能夠有效工作，既不會發生事故也不會出現交通堵塞。

　　麻省大學Amherst分校的生物物理學家們認為以往的主動運輸模型過于簡單，無法貼切描述活細胞中密集的動態過程，他們利用新技術和特制顯微鏡對此進行了改進。在神經元等細胞中主動運輸對于細胞存活至關重要，而這項由生物物理學家Jennifer Ross領導的新研究，大大增進了人們對主動運輸平穩進行的了解。該文章提前發表在美國國家科學院院刊PNAS雜志的網絡版中。

　　以往主動運輸研究的簡單模型揭示了單個驅動蛋白的工作機制，包括載量對運輸速率的影響、驅動蛋白在十字路口或因微管結合蛋白而停止等。但還有許多問題未能解決，例如在交通擁擠時驅動蛋白如何實現有效運輸。

　　在這項研究中，研究人員深入解析了細胞內復雜而擁擠的環境，描述了細胞器等大物質沿一米長的神經元從脊柱運輸到大腳趾的過程。以往人們認為細胞器運輸可能導致交通擁堵進而使驅動蛋白解離，但新研究顯示大物質運輸涉及了很多驅動蛋白，因此細胞器運輸不成問題。盡管大物質運輸的速度會減慢，但并不會影響其他過程，研究顯示細胞器運輸1米需要12天而非6天。

　　這項研究的關鍵是一個定制的單分子全內反射熒光顯微鏡TIRF，該顯微鏡比市面上的儀器更加明亮，實時成像單個分子的能力非凡。此外，研究人員還使用了量子點(Qdots)，量子點(Qdots)是一種半導材料的納米晶體，其尺寸不同所發出的熒光也不同，因此可作為生物探針。

　　細胞中的微管系統就像高速公路網，各種細胞所需的物質在微管上運輸。而驅動蛋白負責用“雙腳”抓住軌道帶著貨物沿微管向指定行進。研究人員用量子點模擬主動運輸的貨物(例如線粒體)，發現量子點與多個驅動蛋白結合。

　　驅動蛋白的麻煩在于它們不能轉換軌道，此前人們認為當軌道中有移動緩慢甚至停止的驅動蛋白時，就會造成“交通堵塞”從而阻礙主動運輸。然而新研究推翻了這一觀點，指出主動運輸依然可以平穩運行。

　　量子點的獨特優勢在于它們能夠結合多種驅動蛋白，并立刻沿著運輸軌道移動。研究人員使主動運輸量子點的驅動蛋白持續增加，以此研究在交通繁忙時主動運輸的情況。

　　研究顯示，量子點由多個驅動蛋白負載，結合在數個軌道之上，因此個別驅動蛋白的結合或解離都不影響量子點與軌道的連接。即使個別驅動蛋白遇到阻礙，量子點也能夠繼續前行。研究人員指出，多個驅動蛋白的運輸模式使交通繁忙在細胞中不成問題，運輸可能會減慢但不會停止。