麻省大學(xué)Amherst分校的生物物理學(xué)家指出，此前人們研究主動(dòng)運輸的模型過(guò)于簡(jiǎn)單，無(wú)法反應活細胞中擁擠的主動(dòng)運輸，而他們使用新技術(shù)對運輸系統進(jìn)行了改進(jìn)，研究結果推翻了人們對主動(dòng)運輸老觀(guān)點(diǎn)。

　　許多活細胞的主動(dòng)轉運系統在微管組成的高速軌道上運行，驅動(dòng)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(dòng)運輸系統仍然能夠有效工作，既不會(huì )發(fā)生事故也不會(huì )出現交通堵塞。

　　麻省大學(xué)Amherst分校的生物物理學(xué)家們認為以往的主動(dòng)運輸模型過(guò)于簡(jiǎn)單，無(wú)法貼切描述活細胞中密集的動(dòng)態(tài)過(guò)程，他們利用新技術(shù)和特制顯微鏡對此進(jìn)行了改進(jìn)。在神經(jīng)元等細胞中主動(dòng)運輸對于細胞存活至關(guān)重要，而這項由生物物理學(xué)家Jennifer Ross領(lǐng)導的新研究，大大增進(jìn)了人們對主動(dòng)運輸平穩進(jìn)行的了解。

　　以往主動(dòng)運輸研究的簡(jiǎn)單模型揭示了單個(gè)驅動(dòng)蛋白的工作機制，包括載量對運輸速率的影響、驅動(dòng)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(wèn)題未能解決，例如在交通擁擠時(shí)驅動(dòng)蛋白如何實(shí)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(huán)境，描述了細胞器等大物質(zhì)沿一米長(cháng)的神經(jīng)元從脊柱運輸到大腳趾的過(guò)程。以往人們認為細胞器運輸可能導致交通擁堵進(jìn)而使驅動(dòng)蛋白解離，但新研究顯示大物質(zhì)運輸涉及了很多驅動(dòng)蛋白，因此細胞器運輸不成問(wèn)題。盡管大物質(zhì)運輸的速度會(huì )減慢，但并不會(huì )影響其他過(guò)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(guān)鍵是一個(gè)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(shí)時(shí)成像單個(gè)分子的能力非凡。此外，研究人員還使用了量子點(diǎn)（Qdots），量子點(diǎn)（Qdots）是一種半導材料的納米晶體，其尺寸不同所發(fā)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(wǎng)，各種細胞所需的物質(zhì)在微管上運輸。而驅動(dòng)蛋白負責用“雙腳”抓住軌道帶著(zhù)貨物沿微管向指定行進(jìn)。研究人員用量子點(diǎn)模擬主動(dòng)運輸的貨物（例如線(xiàn)粒體），發(fā)現量子點(diǎn)與多個(gè)驅動(dòng)蛋白結合。

　　驅動(dòng)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(dòng)緩慢甚至停止的驅動(dòng)蛋白時(shí)，就會(huì )造成“交通堵塞”從而阻礙主動(dòng)運輸。然而新研究推翻了這一觀(guān)點(diǎn)，指出主動(dòng)運輸依然可以平穩運行。

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

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