回想一下你在高中上過的基礎生物課。您可能了解過細胞器，細胞內的那些小“器官”，形成具有各自功能的隔室。
例如，線粒體產生能量，溶酶體回收廢物，細胞核儲存 DNA。儘管每個細胞器的功能不同，但它們的相似之處在於每個細胞器都包裹在一層膜中。
膜結合細胞器是科學家認為細胞如何組織的教科書標準直到 2000 年代中期他們意識到有些細胞器不需要用膜包裹。
從那時起，研究人員發現了許多額外的無膜細胞器，這些細胞器極大地改變了生物學家對化學和生命起源的看法。
我被介紹給無膜細胞器，正式名稱為生物分子凝聚體，幾年前，當學生在我的實驗室觀察到細胞核中有一些不尋常的斑點。
我不知道的是，我們實際上已經研究生物分子凝聚物很多年了。我最終在這些斑點中看到的東西讓我看到了一個全新的細胞生物學世界。
就像熔岩燈一樣
為了了解生物分子凝聚物的樣子，想像一下熔岩燈，裡面的蠟塊融合在一起，分裂，然後再次融合。凝析油以大致相同的方式形成，儘管它們不是由蠟製成的。相反，細胞中的一組蛋白質和遺傳物質，特別是 RNA 分子，會凝結成凝膠狀的液滴。
一些蛋白質和 RNA 這樣做是因為它們優先相互作用而不是與周圍環境相互作用，這非常像熔岩燈中的蠟塊如何彼此混合而不是與周圍的液體混合。這些冷凝物創造了一個新的微環境，吸引額外的蛋白質和 RNA 分子，從而在細胞內形成獨特的生化區室。
截至 2022 年，研究人員發現30種無膜生物分子縮合物。相比之下，已知的傳統膜結合細胞器約有十幾種。
雖然一旦您知道自己要尋找什麼就很容易識別，但很難弄清楚生物分子縮合物到底有什麼作用。有些具有明確的角色，例如形成生殖細胞,應激顆粒和製造蛋白質的核醣體。然而，許多其他的沒有明確的功能。
非膜結合細胞器比膜結合細胞器具有更多和更多樣化的功能。了解這些未知功能正在影響科學家對細胞工作原理的基本理解。
蛋白質結構和功能
生物分子凝聚體正在打破人們長期以來對蛋白質化學的一些看法。
自從科學家第一次仔細觀察蛋白質肌紅蛋白的結構在 20 世紀 50 年代，人們很清楚其結構對於其在肌肉中輸送氧氣的能力非常重要。從那時起，生物化學家的口頭禪就是蛋白質結構等於蛋白質功能。基本上，蛋白質具有特定的形狀，使它們能夠發揮作用。
形成生物分子縮合物的蛋白質至少部分打破了這一規則，因為它們含有無序區域，這意味著它們沒有明確的形狀。當研究人員發現這些所謂的本質上無序的蛋白質，或 IDP在 20 世紀 80 年代初，他們最初對這些蛋白質如何缺乏強大的結構但仍然執行特定的功能感到困惑。
後來他們發現國內流離失所者往往會形成凝結物。正如科學中經常發生的情況一樣，這一發現解決了這些非結構化流氓蛋白在細胞中發揮的作用的一個謎團，但卻引發了另一個更深層次的問題，即生物分子凝聚物到底是什麼。
細菌細胞
研究人員還檢測到原核生物分子凝聚體或細菌細胞，傳統上被定義為不含細胞器。這一發現可能會對科學家如何理解原核細胞的生物學產生深遠的影響。
僅約6% 的細菌蛋白質與 30% 至 40% 的真核或非細菌蛋白質相比，它們具有缺乏結構的無序區域。但科學家們在原核細胞中發現了幾種涉及多種細胞功能的生物分子凝聚物，包括製作和 分解RNA。
細菌細胞中生物分子凝聚物的存在意味著這些微生物並不是簡單的蛋白質和核酸袋，而是實際上比以前認識的更複雜。
生命的起源
生物分子凝聚體也正在改變科學家對地球生命起源的看法。
有充分的證據表明，作為 RNA 和 DNA 的組成部分的核苷酸很可能是由常見的化學物質（例如氰化氫和水）在存在常見能源（例如紫外線或高溫）的情況下，在普遍常見的礦物質（例如二氧化矽和鐵粘土。
還有證據表明單個核苷酸可以自發地組裝成鏈條來製造RNA。這是關鍵的一步RNA世界假說，它假設地球上第一個“生命形式”是RNA鏈。
一個主要問題是這些 RNA 分子如何進化出自我複制並組織成原始細胞的機制。由於所有已知的生命都被包裹在膜中，研究生命起源的研究人員大多認為膜也需要封裝這些 RNA。
這需要合成構成膜的脂質或脂肪。然而，早期地球上可能並不存在製造脂質所需的材料。
隨著發現RNA可以自發形成生物分子凝聚體，形成原始細胞不需要脂質。如果 RNA 能夠自行聚集成生物分子凝聚物，那么生命分子源自地球上的非生命化學物質就變得更加合理。
新療法
對於我和其他研究生物分子凝聚體的科學家來說，夢想這些打破規則的實體將如何改變我們對生物學運作方式的看法是令人興奮的。凝結物已經改變我們的方式 思考人類疾病喜歡、亨廷頓舞蹈病和盧伽雷舞蹈病。
為此，研究人員正在開發幾種新方法為醫療目的操縱冷凝物比如可以促進或溶解凝物的新藥。這種治療疾病的新方法是否會取得成果仍有待確定。
從長遠來看，如果每個生物分子凝聚體最終被賦予特定的功能，我不會感到驚訝。如果發生這種情況，你可以打賭，高中生物學學生在生物學入門課上將有更多需要學習或抱怨的地方。
