Вязкость живых клеточных мембран оказалась в тысячи раз выше, чем у модельных систем

Структура клеточной мембраны и концептуальные схемы (a) короткодействующей вязкости и (b) дальнодействующей вязкости. (a) Случайное тепловое движение липидов в нанометровом масштабе не препятствует белкам или цитоскелету. (b) При возникновении потока по всей клетке (синие стрелки) движение липидов блокируется белками. Автор: Юка Сакума и др.

Наши тела состоят из бесчисленного количества клеток, и каждая из них окружена тонким слоем, называемым клеточной мембраной. Эта мембрана представляет собой не жёсткую стену, а мягкий, гибкий лист, состоящий из липидов. Под ним находится поддерживающая сеть белков, известная как цитоскелет, который помогает клетке сохранять свою форму.

Клеточная мембрана не только мягкая, но и обладает свойством, называемым текучестью, позволяющим ей течь, как поверхность моря. Эта текучесть, количественно определяемая как вязкость мембраны, играет решающую роль в мембранном транспорте и клеточных функциях. Измерения вязкости в значительной степени опирались на модельные мембраны — искусственные системы, состоящие только из липидов — из-за технических ограничений. Так было до недавнего времени.

Совместная исследовательская группа из Университета Тохоку, Национального института генетики и Университета Хоккайдо успешно измерила вязкость живых клеточных мембран напрямую, используя новый разработанный метод.

Подробности результатов опубликованы в Biophysical Journal.

«Прикладывая усилие к мембране и вызывая поток по всей клетке — в микрометровом масштабе — нам удалось измерить картины потока, обнаружив, что вязкость живых клеточных мембран на четыре порядка величины выше, чем у модельных мембран», — объясняет Юка Сакума, доцент Высшей школы наук.

«Эта повышенная вязкость возникает из-за сложных структур, уникальных для живых клеток, таких как цитоскелет и мембранные белки, которые препятствуют потоку мембраны».

Основываясь на этих выводах, Сакума и её коллеги предложили новую концепцию: в дополнение к хорошо известной короткодействующей вязкости, происходящей от молекулярного теплового движения, живые клетки также проявляют дальнодействующую вязкость, которая возникает из структур клеточного масштаба.

«Это открытие представляет собой значительный прогресс в нашем понимании физических свойств живых клеток и, как ожидается, внесёт вклад в будущие исследования клеточных функций и патологических механизмов», — добавляет Сакума.

Следующая цель команды — сравнить вязкость мембраны оплодотворённых и неоплодотворённых яйцеклеток.

Больше информации: Yuka Sakuma et al, Long-range viscosity of the plasma membrane of a living cell measured by a shear-driven flow method, Biophysical Journal (2025). DOI: 10.1016/j.bpj.2025.09.005

Источник: Tohoku University