細胞裡面的動力火車

植物細胞也有「肌肉蛋白」？

植物一般不運動，似乎不需要肌肉。但是植物細胞也含有肌動蛋白和肌球蛋白，而且不止一種。比如VIII型、XI型和XIII型肌球蛋白就是植物特有的。它們和植物細胞內各種「貨物」的運輸有關，比如XIII型肌球蛋白可以把葉綠體運輸到新生組織的頂端去。

植物肌球蛋白的另一個作用是引起植物細胞的「胞質流動」。如果在顯微鏡下觀察綠藻（Nitella），可以看見細胞質繞著中央的液泡流動，而且流動的速度在靠近細胞膜的地方比較快，在靠近液泡的地方比較慢。研究表明，綠藻細胞在細胞膜下面形成平行的肌動蛋白「軌道」。XI型肌球蛋白的「尾巴」結合在植物的細胞器（如葉綠體）上，「頭部」則沿著肌動蛋白的「軌道」滑行，就帶動細胞質一起流動了。在綠藻中，胞質流動的速度可以達到每秒7微米。所以在細胞水平上，植物和動物有更多的相似之處，因為它們都需要拉力來進行某些活動，特別是細胞內「貨物」的運輸。

細胞裡面的「動力火車」不止肌動蛋白-肌球蛋白這一類

細胞裡面的運輸任務很多，比如細胞分裂時，兩份染色體要分配到兩個細胞裡面去，需要有力量來「拉」它們。神經細胞的「軸突」（傳出神經信號的神經纖維）可以有1米多長，但是神經細胞的蛋白質主要是在細胞體（含細胞核的膨大部分）中合成的。其中作為「神經遞質」（在神經細胞之間傳遞信息的分子）在合成後，被膜包裹成分泌泡，再被運輸到神經末端去。這些運輸任務就不再由肌動蛋白和肌球蛋白來完成，而是由另一類「動力火車」來執行的。

這一類「動力火車」的「軌道」不是由肌動蛋白聚合成的絲，而是由「微管蛋白」（tubulin）聚合成的中空的微管，而且像肌動蛋白的細絲一樣，有正端和負端。有兩種蛋白質能夠帶著「貨物」沿著這個「軌道」移動。它們都用ATP水解時釋放出來的能量作為動力，但是移動方向不同。「動力蛋白」（Dynein）向微管的負端移動，把「貨物」從細胞遠端運到細胞中央。另一個蛋白叫「驅動蛋白」（kinesin），把「貨物」運向微管的正端，即從細胞中心運向遠端。

除了「貨物運輸」，這類蛋白還和細胞分裂時染色體的分離有關。複製後的兩套染色體分別通過「微管」和位於細胞兩極的「中心粒」相連，看來再被「動力蛋白」拉到兩個子細胞裡面去。

像肌動蛋白和肌球蛋白一樣，微管蛋白、動力蛋白和驅動蛋白在單細胞的真核生物（如酵母菌）中就已經存在了，所以這種類型的「動力火車」也已經有很長的進化歷史。這說明在真核生物出現時，就已經有了各種需要拉力的細胞活動，而肌動蛋白-肌球蛋白系統則在後來發展成為肌肉。

真核生物可能是21億年前出現的。在那個時候形成化石的「捲曲藻」（Grypania）看來已經是大小為數厘米的多細胞生物。我們現在能夠有心跳和呼吸，能夠走路、做飯、吃飯、運動、開車、寫字、作畫、繡花、跳舞、唱歌、演奏樂器等等，都要感謝當年發明了肌動蛋白-肌球蛋白系統的單細胞老祖宗。

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