解密 Turing 混合物与泡沫的界面定律

对于细胞的分裂和极化等细胞功能，由 NTP酶循环驱动的蛋白质图案形成是一种核心的空间控制策略。处于远离平衡态的系统，尚无一般理论将微观反应网络和参数与图案类型及动力学相联系。我们发现一种通用的机制，产生有效界面张力，组织非平衡稳态图案的宏观结构。即：通过周期性蛋白质附着和脱落维持蛋白质密度界面，可产生曲率依赖的蛋白质 Redistribution，从而使界面直化。我们发展出一种非平衡的 Neumann 角定律和 Plateau 顶点条件，用于界面 junctions 和网格图案，从而引入“Turing 混合物”和“Turing 泡沫”的概念。与液体泡沫和混合物不同，这些非平衡图案可以通过中断类似平衡的 coarsening 过程来选择固有的波长。来自体内 E. coli 最小蛋白系统的实验数据验证了顶点条件，并支持波长动力学。我们的研究揭示了与热力学关系相对应的界面定律，这些关系源自活性系统中不同物理过程的产生。它允许以潜在的应用作为空间控制策略于人工合成细胞中设计特定的图案形态。