植物细胞中的叶绿体在低光条件下表现出活性玻璃态行为
软凝聚态物质
2023-02-22 v2 统计力学
生物物理
摘要
植物已进化出复杂的机制以适应不断变化的光照条件。除了向光性和向日性——即朝向光差异生长以及随日光的运动——叶绿体运动作为一种快速机制改变叶细胞的胞内结构。虽然叶绿体在强光照下向植物细胞侧壁移动以避光，但在低光下它们会聚集并铺展成细胞底部的一层以提高光吸收效率。尽管叶绿体运动已被研究一个多世纪，导致光适应自组织结构的细胞器集体运动仍不清楚。在此，我们研究低光条件下叶绿体的活性运动，其导致在致密堆积的准二维层中聚集。我们观察到突发式重排，并通过追踪单个叶绿体表明这些动力学类似于接近玻璃化转变的胶体系统。此外，我们提供了一个最小数学模型以揭示控制叶绿体致密构型稳定性的相关系统参数。我们的研究表明，叶绿体单层中接近玻璃化转变的亚稳笼效应具有生理学意义。叶绿体保持铺展构型以增加光摄取，但在活性增强时可轻易流化，从而高效地将结构重排至避光状态。我们的研究就动力学相变在植物细胞针对环境信号的自我组织胞内响应中可能发挥的作用提出了新问题。
引用
@article{arxiv.2204.07386,
title = {Chloroplasts in plant cells show active glassy behavior under low light conditions},
author = {Nico Schramma and Cintia Perugachi Israëls and Maziyar Jalaal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2204.07386},
year = {2023}
}