波兰科学院
用于模拟细胞内自然拥挤的普通聚合物可能会“窃取”离子
他们是真正的离子窃贼！致谢:IPC PAS，Grzegorz Krzyzewski 细胞产生许多不同的复合物
这些复合物可以占据细胞体积的40%,使细胞成为相当拥挤的环境
因此，完整描述复杂的细胞行为是一个挑战，需要更深入的研究
为了模拟细胞的拥挤特性，研究人员通常使用化学惰性分子，如非离子聚合物，制成溶液，在反应时作为生物活性分子的障碍
然而，这些惰性化合物没有应有的惰性
事实证明，它们倾向于“偷”离子，这对研究人员来说是一个相当大的问题
即使细胞中离子浓度的微小变化也会显著影响生化反应
最近，波兰科学院物理化学研究所的科学家们
Robert Holyst介绍了一项研究，该研究使我们更接近理解在非常拥挤的环境中发生的生化复合物形成的平衡常数的1000倍变化
我们的身体是由许多复杂的结构共同组成的
它包含数万亿个细胞——基本的构建模块——每一个细胞都有不同的功能
它们的内部机制尚未完全了解，特别是当涉及到特定分子之间的特定相互作用时
此外，该机制取决于细胞中某一区域的离子浓度
由于我们的身体每秒处理数十亿次这样的操作，我们甚至没有注意到它们
细胞内发生的生化反应通常取决于离子强度，离子强度决定了细胞特定部分的离子浓度
因此，许多生化复合物形成的平衡(例如
g
蛋白质-蛋白质、蛋白质-RNA复合物或DNA双链的形成)可能根据离子强度而显著变化
此外，细胞的拥挤性质也对这种化学过程有影响
让我们仔细看看细胞内的细胞质
它可以比作一个装满不同大小和形状的组件的水池
除了水之外，细胞质还包含核糖体、小分子、蛋白质或蛋白质-RNA复合物、丝状细胞骨架成分、离子和细胞区室(例如
g
线粒体、溶酶体、细胞核等
)
这使得细胞质成为一个相当复杂和拥挤的环境
在这种情况下，每个参数如离子强度或pH值都会显著影响活细胞的生物学
保持细胞中离子适当平衡的机制之一是钠-钾泵，它位于活的人体细胞的生物膜中
它们不断调节每个细胞内的离子水平
用于确定细胞机制的经典方法通常是基于在人工环境中使用许多模拟细胞内部的化合物进行的测量
到目前为止，对细胞机制的确切过程的研究与自然发生的过程截然不同，特别是当涉及到大分子之间的相互作用时
生化络合过程的研究具有挑战性，尤其是在外部条件下，所用溶液中存在的离子也会影响最终的实验结果
为了模拟拥挤的细胞环境，许多不同的链状分子，如聚乙烯和乙二醇、甘油、ficoll和葡聚糖，以高浓度(甚至在溶液质量的40-50%)用作粘性介质
为什么它们如此受欢迎？因为它们的惰性
然而，最近的研究表明，这种属性与我们想象的有点不同
令人惊讶的是，它们可以在生化反应中“窃取”离子
由Robert Holyst教授领导的波兰科学院物理化学研究所的研究人员在这一领域提出了一种新方法
他们研究了DNA的杂交
由于在某些环境中双螺旋带电荷，这种复杂的反应对离子的浓度很敏感，因此它被选为该实验的良好指示剂
基于这个模型，研究人员在维持拥挤环境的同时，研究了不同分子存在下钠离子等特定离子的络合作用
他们还通过使用增加拥挤的分子来改变溶液的粘度
第一作者Krzysztof Bielec说:“我们探索了一个复杂的生化反应，它是离子强度的函数，描述了溶液中的离子浓度和特定分子之间的有效静电排斥距离。”
所进行的实验表明，分子之间的相互作用在较高的盐浓度下增强
此外，增加分子拥挤和反应环境粘度的聚合物的加入也影响生化过程的动力学，阻碍复合物的形成
在拥挤的环境中，络合作用甚至比在纯缓冲液中不利1000倍
这些结果表明，即使实验条件稍有变化，生化反应也会受到干扰
Krzysztof Bielec声称“双链DNA主链的形成是基于两条互补的带负电荷的链之间的静电相互作用
我们在纳摩尔生化浓度范围内监测拥挤环境对互补链杂交的影响，然后，我们通过拥挤来确定钠离子的络合
接下来，我们根据拥挤环境确定了钠离子络合
即使在相同结合部分(官能团)的簇之间，簇结构内阳离子的结合位点也可能不同
因此，我们计算了每个分子或单体(在聚合物的情况下)与克罗德的相互作用
这个模型简化了离子和克劳德分子之间的相互作用
" 令研究人员惊讶的是，事实证明，通常被认为用于模拟细胞质条件的非反应性非离子聚合物可以络合(在某种意义上，“窃取”)有效DNA杂交所需的离子
虽然这不是这些聚合物和离子之间的主要相互作用，但是当使用大浓度的聚合物(溶液质量的百分之几十)时，这种作用是显著的，并且对于生物化学过程是重要的
通过确定在特定分子存在下形成的复合物的稳定性，作者声称他们可以证明离子在模拟自然的分子水平上的影响
这些实验揭示了细胞中尚不清楚的机制，并指出对人工环境中研究的反应进行更深入分析的重要性
感谢IPC PAS的研究人员展示的结果，我们离理解活细胞中的特定分子过程更近了一步
在分子尺度上对机制的详细描述具有实际意义；例如，这对于设计新的药物是极其重要的，尤其是对于预测在治疗过程中拥挤的细胞中发生的特定过程
它有助于精确规划实验
这项研究发表在《物理化学快报》上
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