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分裂的力量

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發表於 2013-6-23 17:49:57 |顯示全部樓層
本帖最後由 馬敬東 於 2013-6-27 15:04 編輯

假如你在閱讀這篇短文,你應該是活著的現代智人。(如果你不是,請發個人短訊給我,方便我去申請提名諾貝爾獎。)凡是活著的人,身體內都不斷在分裂--我說的是細胞的有絲分裂(mitosis)。我們的身體生長、取代死去的細胞、修補受傷的組織,都是靠有絲分裂的。

以下是一段細胞分裂的短片:

http://www.youtube.com/watch?fea ... ;v=rgLJrvoX_qo#t=7s

由00:07至00:11,我們看到染色體會先分開,然後整個細胞再分裂。到底染色體如何像摩西分紅海般,分成兩部份的呢?

有絲分裂與紡錘體

有絲分裂一詞最早由弗萊明(W. Flemming)於1880年代提出。他還發現紡錘體(spindle)的形狀。而在1950年代透過偏光顯微鏡觀察到紡錘體內的細絲。隨著我們的微觀科技越來越提高,如電子顯微鏡的應用,我們對細胞的內部的認識也越來越深,不過我們對整個有絲分裂的過程依然有很多未解決的問題。(1)

當細胞分裂時,細胞的細胞核中形成紡錘體。紡錘體是借用了紡紗的工具的名稱,以形容其中間寬兩頭窄的橢圓球外形(參考下圖)。


微管(microtubules,上圖中央的綠色線)會在動粒(kinetochore,染色體中間的微管著點,上圖粉紅色的點)上不斷聚合(polymerize),而在染色體移動時分解(depolymerize)。在一些生物中,微管會流向紡錘體兩端,並在那裡分解。極化的微管以反平行(antiparallel)方式滑動,由驅動蛋白-14(kinesin-14)推動(2)。(按:這裡的極化不是說電極化,而是一種蛋白質的方向。)

一些生物的紡錘體兩端各有中心體(centrosome,上圖兩端發出綠色線的中心點),上面有星狀微管(astral microtubules,上圖中兩端散開的綠色線),聯繫細胞賀膜上的動力蛋白(dyneins)。動力蛋白會牽扯星狀微管,把兩個中心體往相反方向拉開。

紡錘體有多大力?
在(3)中,作者量度了紡錘體的微管的拉力。有絲分裂後期(anaphase),每條染色體受到最大的拉力是7e-5dyn。每條微管提供的拉力是5e-6dyn。

作者還提供了一個有趣的比較,就是不同機器的功率--重量比(單位是erg/sec/g)。例如細菌鞭毛(bacterial flagellum) 這細胞器的比例是1e8。隨意肌是2e6。紡錘體不過是6,只是隨意肌的三十萬份之一。作者還比較人類創造的飛機發動機(Lycoming t-55),居然略遜鞭毛一籌。

作者的解釋是鞭毛和隨意肌的唯一目的是力量,但紡錘體的目的是精準,力量反而屬其次。我們可見造化神奇,進化論在我們肉眼看不見的尺度已經在發揮作用。




參考

  • T. J. Mitchison & E. D. Salmon, Nature Cell Biol. 3, E17-E21 (2001).
  • G.Fink et al., Nature Cell Biol. 11, 717-723 (1988).
  • R. B. Nicklas, Ann. Rev. Biophys. Biophys. Chem. 17, 431-449 (1988).

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發表於 2013-6-24 10:56:16 |顯示全部樓層
Good share ^____________^
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