马克斯·普朗克学会 天然细胞膜(上图)和聚合物PDMS-g-PEO(下图)的电子显微镜图像(右图:放大图):细胞膜由脂质层组成，蛋白质嵌入其中
与形成双层的天然膜不同，这种聚合物将自己组织成一个蓬松的单层
(条对应100纳米)
信用:马鲁奇等人，PNAS 2020 马格德堡的马克斯·普朗克复杂技术系统动力学研究所、波茨坦的马克斯·普朗克胶体和界面研究所以及哈雷大学的研究人员离合成构建的细胞又近了一步
他们利用细菌中发现的一种酶来组装呼吸链的一个关键部分——对许多细胞的能量代谢至关重要——并使其在人造聚合物膜中发挥作用
创造人工细胞是生物学和工程学的伟大愿景之一
一些雄心勃勃的幻想家从根本上重建了自然界已经存在的细胞
其他人——比如马克斯·普朗克的研究人员——走的是一条更加崎岖的道路
马格德堡的马克斯·普朗克研究所主任、凯·桑德马谢尔工作组的科学家伊万·伊万诺夫说:“我们希望通过逐渐将单个成分结合成一个具有新陈代谢的生命系统，从头开始构建一个新的细胞。”
在最近的一项研究中，研究人员寻找一种人造聚合物，这种聚合物具有细胞膜的特性，也可以在能量代谢中发挥作用
由磷脂组成的天然细胞膜将细胞内部与环境隔开
它们既有亲水性又有亲脂性，是为细胞产生能量的基本生化反应的舞台
马克斯·普朗克复杂技术系统动力学研究所的坦贾·维达科维奇-科赫解释说:“受生物能量代谢的自然过程的启发，我们从生物和化学积木中设计定制的人工能量细胞器，将光能或化学能转化为三磷酸腺苷。”
细胞中几乎所有的化学反应都是由三磷酸腺苷推动的
人工膜中的质子泵 研究人员现在已经发现了一种可商购的聚合物(表面活性剂PDMS-g-PEO)，它可以代替天然磷脂充当膜，从而形成囊泡
马克斯·普朗克胶体与界面研究所的生物膜专家鲁米安娜·迪莫娃解释说，这种小泡“是构建人工细胞器和细胞的有用模型”
一个主要的障碍是将功能性蛋白质——包括那些参与能量代谢的蛋白质——整合到聚合物膜中
马克斯·普朗克科学家团队现在已经成功地将质子泵bo3氧化酶整合到合成膜中
该研究的合著者卡尼·马鲁西奇说，这种酶属于许多细菌的呼吸链，“在聚合物膜中也能很好地发挥作用——甚至比天然脂质膜中的作用稍好。”
氧化酶也减少人工膜中的氧，因此构成细胞呼吸的最后一步
研究人员已经表明，它将质子泵入囊泡内部，从而为产生三磷酸腺苷创造了先决条件
不透质子的 这种人造膜几乎不透质子，但具有足够的流动性和高度稳定性(比天然膜稳定得多)，能抵抗有害的氧自由基
聚合物膜的弯曲刚度也类似于天然膜
这很重要，因为活细胞不断变形
因此，弯曲模量不能太低，以便电池能保持其形状
然而，它也不应该太高
否则，复杂膜蛋白的功能将受到损害
简单地说:聚合物的化学性质为人工线粒体的能量代谢提供了极好的条件
根据伊万诺夫的说法，仍然存在一些障碍:“目前还不清楚这种聚合物膜如何复制
“这对于人造细胞能够繁殖来说肯定是必要的
因此，科学家们仍有大量的工作要做
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