本報記者 常麗君 綜合外電

　　自然是最偉大的建筑師。人類的建筑結(jié)構(gòu)也經(jīng)常模擬生命的結(jié)構(gòu)，比如螺旋上升的多層車庫，層疊而平行連接的樓層、上升的斜梯，可以說是復(fù)制了細(xì)胞中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的螺旋結(jié)構(gòu)。

　　內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum）是遍布于整個細(xì)胞內(nèi)部的膜狀網(wǎng)，連接并圍繞著細(xì)胞核。最近，美國加利福尼亞大學(xué)圣巴巴拉分校（UCSB）一個研究小組，用理論物理學(xué)的語言描述了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的幾何結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果發(fā)表在10月31日的《物理評論快報》上。

　　細(xì)胞中的“停車庫”

　　大致上，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是由或多或少的、有規(guī)則的層狀結(jié)構(gòu)組成，層與層間隔均勻，彼此相連。這種結(jié)構(gòu)也反映了它的功能：細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成的“工作場間”。以往人們以為，相鄰的層與層之間是通過“蟲洞”相連，也就是簡單的管孔。

　　去年，科學(xué)家才發(fā)現(xiàn)這種“蟲洞”其實(shí)是一種復(fù)雜的螺旋結(jié)構(gòu)，并以它的發(fā)現(xiàn)命名為“寺崎坡道”（Terasaki ramps）。這些螺旋坡道互相連接，一層層上升。論文第一作者、墨西哥國立自治大學(xué)的杰冒·古溫說，一開始人們對此很驚訝，因?yàn)橐酝鶑奈丛谏锬ぶ锌吹竭^這種螺旋幾何形狀。

　　而且不同部分的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形狀不同，除了類似停車庫的平行層，還有管狀網(wǎng)絡(luò)和包圍細(xì)胞核的球形界面。光滑的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜由管裝網(wǎng)構(gòu)成，這些管裝網(wǎng)是膜在“三岔口”的匯合處，這里也是合成脂質(zhì)（或膜）的地方。新的脂質(zhì)在光滑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中生產(chǎn)出來，在連接處不斷積累，最終將連接的管子劈開。

　　在粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，平行面或堆疊層由寺崎螺旋坡道連接。在某些情況下，一條坡道是左手螺旋，則另一條是右手螺旋——停車庫也是如此構(gòu)造?！拔覀兲岢?，堆疊層里的基本建筑構(gòu)造不是單條螺旋坡道，而是類似‘停車庫’的兩條坡道，是一對雙坡道，彼此形成鏡像?！惫艤卣f，“這種結(jié)構(gòu)體系能使能耗最小化，能與層狀結(jié)構(gòu)結(jié)合，而且還很穩(wěn)定?！?/p>

　　在物理學(xué)中，把內(nèi)質(zhì)網(wǎng)各層連接起來的這些螺旋結(jié)構(gòu)，稱為“缺口”（defects）。 論文合著者、UCSB卡弗里理論物理學(xué)研究所副所長格萊格·哈博指出，這個詞在物理學(xué)背景中并沒有負(fù)面含義。“這表示一種特殊結(jié)構(gòu)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)層的邊緣是高度彎曲的，因?yàn)檫@些層要旋轉(zhuǎn)、折彎，這樣就形成了螺旋。”

　　彎曲形成了U形結(jié)構(gòu)，就像半個管子。哈博和同事把微分幾何原理應(yīng)用到這種曲面膜上。“應(yīng)用幾何方法我們以特定的方式分離了管網(wǎng)的一部分，得到一個確切的面，”哈博解釋說，“設(shè)想一下，每個U形邊緣都有彎曲的傾向，當(dāng)你設(shè)法把這些U形連在一起時，它們就彎了。這也是彩圖所顯示的。一個管子可以變成曲面，只要把它從邊緣破開，它就可以在空間彎曲。”

　　利用形狀研究功能

　　“根據(jù)寺崎坡道之間相互作用，我們推測了這種細(xì)胞器為何會形成如此特殊的形狀?！?哈博說，“一位物理學(xué)家可能會說，膜長什么樣子并非偶然，而是有原因的。更好地理解形狀背后的物理原理，有助于思考其它未解之謎，包括形狀與功能之間有什么關(guān)系，一旦生了病，出現(xiàn)功能障礙會怎樣?！?/p>

　　附著在膜上的細(xì)胞器，如作為蛋白質(zhì)合成“主站點(diǎn)”的核糖體，密集排列在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，就像汽車密集停泊在車庫里?！昂颂求w之間必須有一定的距離間隔，否則它們無法合成蛋白質(zhì)?！惫┙忉屨f，“所以，怎樣才能在每單位空間聚集盡可能多的核糖體，而又不至于彼此撞在一起？看起來，細(xì)胞解決了這個難題，它把內(nèi)質(zhì)網(wǎng)折疊成一層一層的，層與層之間幾乎平行，這樣就能容納更高密度的核糖體?！?/p>

　　哈博認(rèn)為，這項(xiàng)理論成果有助于人們更深入了解細(xì)胞的內(nèi)部形狀?？鐚W(xué)科研究也提供了更豐富的語匯和多角度的思考?！拔覀兺茰y，這種形狀與它們的功能有關(guān)。事實(shí)上，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形狀可以作為某些疾病中功能異常的指標(biāo)。”