微管的协同晶格动力学与反常涨落

几十年来，微管一直是生物物理学关注的焦点。然而，关于其弹性和涨落的令人困惑且相互矛盾的结果，使人们对目前的理解产生了一些怀疑。在本文中，我们揭示了室温下 GDP-微管蛋白在弯曲构型与直构型之间存在离散涨落以及微管蛋白构象协同性的经验证据。在多项实验发现的指导下，我们构建了一种新型微管模型，其主要结论是微管能够自发形成具有独特弹性和动力学特征的微米级协同螺旋态。由微管蛋白双稳态引起的微管晶格的多晶型动力学，定量解释了几个实验难题，包括嫁接微管动力学涨落的反常标度、其表观的长度-刚度关系以及总体上显著弯曲的螺旋外观。我们指出，微管蛋白二聚体的多稳态及其协同开关可能参与重要的细胞过程，特别是可能导致沿单根微管的高效机械化学信号传导。