细胞通过非平衡熵产生实现自适应灵活性

细胞对环境变化的适应性依赖于细胞内结构的动态重塑。在这些结构中，肌动蛋白结构是肌动蛋白骨架结构组织和功能的基本要素。在肌肉样细胞中，肌动蛋白结构呈现有序且长度一致的结构，优化了稳定的力产生。相比之下，非肌肉样细胞显示更高的结构变异性，肌动蛋白长度不一，这不仅有助于力产生，也有助于在环境信号触发下的适应性重塑。虽然这些肌动蛋白结构差异传统上归因于每种细胞类型特异性蛋白的独特特性，但此类结构变异的功能意义仍不清晰。本文提出一种非平衡物理框架，以阐明肌动蛋白变异性在细胞骨架适应中的作用。具体而言，我们证明，通过分析结构随机性可评估肌动蛋白组成成分的有效结合强度。非肌肉样细胞中肌动蛋白结构固有的随机性导致的熵增加，降低了细胞骨架重塑的能量垄足，从而使其能够灵活地适应环境需求。而肌肉样细胞中有序的肌动蛋白排列对应更高的结合能和更稳定的细胞骨架构型。尽管结构无序性通常被视为稳定性方面的不利因素，但我们的研究表明，它在细胞系统中发挥适应性反应的关键作用。