[S02] 079 从纳米尺度看细胞

一、细胞内的高速公路：微管

1、他的发现是一个巧合，1981年罗伯特·艾伦给学生上课的时候，为了能让学生更清楚的看到光学显微镜下的细胞，他又用一个摄像机拍摄目镜下的内容，结果分辨率竟然大大提高，他在课堂上就观察到了细胞内囊泡的运动。

2、课后他又用同样的方法仔细观察囊泡运动，光学显微镜在那个年代的分辨率是200nm，但是经过视频后处理可以把分辨率提升到20nm，而囊泡的大小是30-100nm，所以在从前的观察方法下是看不到囊泡运动的。

3、虽然电子显微镜的分辨率可以达到0.2nm，但是电子显微镜只能观察干燥死亡的细胞，还要切成几十纳米的切片，所以从前在电子显微镜下观察不到细胞内部活动。

4、后来艾伦还验证了，囊泡的运动不必须非要有细胞的存在，囊泡是沿着微管运动的，这两个结论。

二、神经生物学家最爱乌贼

1、很多神经学家都用乌贼、章鱼做实验，那是因为他们的轴突很粗，甚至和耳机线那么粗，十几厘米长，这就很利于观察。

2、乌贼体内的神经元有60%在触手上，这些触手上的神经元可以自己做信号处理，大脑和这里的连接并不紧密。乌贼的触手可以再生，所以研究乌贼也许能对瘫痪病人神经元再生有帮助。

3、哺乳类动物的神经元99%都在大脑中，只有少数在肠道中，这一点和乌贼的差异非常大。很多生物学家的成果都是从研究乌贼得到的。

三、驱动蛋白+动力蛋白

1、在麻省的伍兹霍尔海洋研究所非常受海洋学家欢迎，因为这里离美国东北部的名校距离近，离大海也近，捞出来的乌贼可以马上送去研究所做实验。曾经有三十多个诺贝尔获奖者在这个研究所工作过。

2、最早找到会动的蛋白质的人是两位访问学者在伍兹霍尔海洋研究所做出来的，这就是驱动蛋白，他像毛毛虫一样，背着囊泡运输蛋白质，只沿着微管，从神经细胞的本体往突触的方向运动，而且是单向的。

3、运动速度是每天40cm，如果驱动蛋白的尺寸和汽车一样大，那这辆汽车的速度是6700公里/小时，比现役最快的战斗机速度快80%。

4、四年后其他科学家发现细胞内有动力蛋白，但是动力蛋白是一个早就发现的蛋白质，只不过之前都是在纤毛上发现的，这次是第一回在细胞内部发现的，他可以驮着囊泡从突触往神经细胞本体运动，方向和驱动蛋白相反。

5、后来还发现了几百种不同的动力蛋白，有些专门负载在某个区域运输蛋白质，有些在有丝分裂的时候才活动。

6、驱动蛋白的动力是百万分之五到百万分之七牛的力，如果500个驱动蛋白朝一个方向用力，可以在1秒钟，把一粒大米运送1cm的距离。

7、分子马达后来也受到了化学家的注意，化学家们发明了很多分子可以运动，他们并不是利用ATP，而是利用光能，也都是用纳米级的结构推动微米级的结构，力量大的出奇。

四、殊途同归的诺贝尔奖

1、有三位科学家共享了2013年诺贝尔生理学医学奖，罗斯曼解决了囊泡是怎么知道该把货物送到哪儿去的机制，谢克曼发现了23个和囊泡运输相关的基因，苏德霍夫解释了囊泡运输的过程是怎么受神经信号调控的。

2、谢克曼从87种酵母菌中找出了2种对蛋白质运输出错的品种，仔细找到了这种运输功能的丧失和基因有关，最早的两个基因被定名为sec1和sec2，后来陆续又发现了21个和囊泡运输有关的基因，分别定名从sec3到sec23。并且测定了这23个基因对应的蛋白质。

3、罗斯曼把细胞搅碎后把细胞质挤出来，研究囊泡在溶液中的运输，通过加入一种物质阻断了膜与膜的融合，组织了囊泡运输物质，其中找到了对运输过程很重要的NSF蛋白质。

4、后来竟然发现罗斯曼NSF蛋白质和谢克曼的sec18基因对应的蛋白质的氨基酸序列是一样的，殊途同归。共同获得诺贝尔奖。

五、辛苦的科研之路

1、一个致力于做科学家的人，从本科开始就要训练技能了，在研究生阶段就要掌握看论文的能力。

2、如何定位自己的研究领域出于同行中的什么位置是很重要的，一个获得了博士学位的人如果继续做研究，那就是广义的科学家了。

3、科学家的一个发现往往需要一个小组几年的时间，科学家的工作不像节目里听着那么脉络清晰，往往是繁杂、枯燥的。

4、多理解科学家的奉献，尊重知识，是人类文明的闪光。