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從生物體的細(xì)胞水平來看，生物體內(nèi)部分子的運(yùn)動(dòng)來自于微管馬達(dá)蛋白的作用。蛋白構(gòu)成了細(xì)胞內(nèi)部各個(gè)生物成分之間的“鋼性結(jié)構(gòu)”即細(xì)胞骨架，這一結(jié)構(gòu)像橋梁一樣把細(xì)胞的各個(gè)組件連接起來。

通過分子動(dòng)力學(xué)的角度來認(rèn)識(shí)生命運(yùn)動(dòng)，生命最原初的產(chǎn)生活動(dòng)有絲分裂就與此緊密相關(guān)。為了保證遺傳物質(zhì)穩(wěn)定地傳遞到兩個(gè)相同的子代細(xì)胞中，有絲分裂中期的重要結(jié)構(gòu)紡錘體發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。紡錘體通過紡錘絲把親本細(xì)胞中的一整套DNA完好地分離并平均分配到兩個(gè)新的子細(xì)胞中。這個(gè)過程依靠的就是微管馬達(dá)蛋白的作用，其通過推、拉等形式，完成推動(dòng)細(xì)胞內(nèi)部各組件的“運(yùn)動(dòng)”任務(wù)。

 “有絲分裂中的紡錘體是一個(gè)復(fù)雜的，完美的動(dòng)力裝置”最近加入美國倫斯勒理工學(xué)院生物科學(xué)系的定量生物學(xué)助理教授Forth說?！拔覀冇幸粋€(gè)關(guān)于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的組件清單，但是不明白這一切是如何結(jié)合在一起并順利的正常運(yùn)作的。我的工作就是試圖理解這些力量究竟是什么？”

在Forth的研究中，他使用光俘獲技術(shù)量化細(xì)胞結(jié)構(gòu)部件如有絲分裂紡錘體所施加的力。

許多關(guān)鍵的細(xì)胞過程依靠生物各成分之間的相互作用來行使各自的職能。在“零部件清單”中這些過程是相似的：微管蛋白、半剛性蛋白，可在細(xì)胞之間連接；有些蛋白質(zhì)有錨定功能，起黏連和釋放作用，與馬達(dá)蛋白一起利用生物體內(nèi)的化學(xué)能，沿著微管推動(dòng)各組件的運(yùn)動(dòng)，或幫助微管蛋白自身移動(dòng)。

紡錘體的形成依賴于細(xì)胞中的一種細(xì)胞器——中心體。中心體由兩個(gè)中心粒組成，中心體的中心粒處組裝的微管蛋白形成有絲分裂中期的紡錘體。在有絲分裂中期，一些微管蛋白連接到染色體上，而另一些連接兩個(gè)中心體，形成了染色體周圍的籠子。紡錘體的紡錘絲移動(dòng)到染色體聚集區(qū)的相對(duì)兩側(cè)，朝向相反的方向牽拉染色體，在微管馬達(dá)蛋白的幫助下紡錘絲開始縮短并移動(dòng)，拉動(dòng)染色體到達(dá)細(xì)胞的左右兩級(jí)，使得遺傳物質(zhì)分開。

然而，這種力量的作用如何使得細(xì)胞內(nèi)各成分以恰當(dāng)?shù)乃俣纫苿?dòng)？Forth在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了測(cè)量。

Forth利用聚苯乙烯珠和激光之間的關(guān)系，當(dāng)光束聚焦在聚苯乙烯珠上時(shí)，任何試圖移動(dòng)珠子位置的嘗試都會(huì)彎曲光束。可以使用光電檢測(cè)器測(cè)量光方向的變化，并將其轉(zhuǎn)換為物理力的測(cè)量。通過將細(xì)胞結(jié)構(gòu)（如微管組件）附著到聚苯乙烯珠上，就可以測(cè)量該結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的物理作用力。

這項(xiàng)研究非常復(fù)雜，需要跨學(xué)科，跨部門的繼續(xù)合作來應(yīng)對(duì)全球性挑戰(zhàn)，解決世界上最緊迫的技術(shù)難題，促進(jìn)能源安全、生物技術(shù)和人類健康的發(fā)展。