Overcoming the “speed limit” in fusion-mediated biological processes

Анотація

Дослідження в області конденсованого стану речовини показали, що з’єднання двох ліпідних мембран потребує кардинальних структурних перебудов, і, таким чином, є внутрішньо повільним процесом. Проте всі форми життя на Землі використовують з’єднання для здійснення найфундаментальніших життєвих процесів — комунікації, росту, метаболічного гомеостазу — які повинні відбуватися за часові проміжки, що становлять частку мілісекунди. Як живі системи долають заборонно повільний швидкісний ліміт, накладений на з’єднання мембран? Як вони налаштовують часові масштаби з’єднання так, щоб вони відповідали певній біологічній функції? У цій роботі висунуто аргумент, що життєві процеси, опосередковані з’єднанням, настільки різноманітні, як вірусне зараження, зростання м’язів і нейронна комунікація, усі еволюціонували до спільної стратегії, яка може бути описана єдиним співвідношенням між часовою шкалою процесу та силою відповідного тригера. Активований рух у зміщеному полі вздовж колективної координати, що виникає, дає відповідну фізичну картину. Часова шкала визначається редукованою величиною, яка характеризується силою тригера в активному стані, нормованою на специфічний критичний параметр системи. Уніфікований опис пропонує прості фізичні принципи, які впорядковують складність живих систем і еволюційно спрямовують їх до функціональної поведінки.