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细胞内的神秘液滴：相分离如何改变生物学？
在生物化学的领域，生物分子凝聚物（biomolecular condensates）是一类无膜的细胞器和细胞器亚域，负责执行细胞内的专门功能。这些凝聚物的组成并不受边界膜的控制，而是透过各种不同的过程形成和维持组织。最知名的过程为蛋白质、RNA及其它生物大分子进行相分离，形成如胶体乳液、凝胶、液晶、固态晶体或细胞内的聚集体。
生物分子凝聚物的出现，彻底改变了我们对细胞内部结构的理解和功能认知。
历史背景
微胞理论
微胞理论由卡尔·内盖利于1858年提出，他详细研究了淀粉颗粒。他认为，淀粉和纤维素等无定形物质由建构单元组成，这些建构单元以松散的晶体排列形成微胞。水可穿透这些微胞之间，新微胞可在旧微胞间形成。这种模型不仅用于描述淀粉颗粒的膨胀，也应用于植物细胞壁的纤维素。
胶体相分离理论
19世纪末，威廉·贝特·哈代和艾德蒙·比彻·威尔逊将细胞质（当时称为“原生质”）描述为一种胶体。哈代在研究球蛋白的过程中，将生物胶体的形成与相分离联系起来，强调了胶体粒子在溶剂中如何分散并形成内部相。随后的研究中，科学家开始重新审视相分离这一现象在细胞内部结构中的重要性。
相分离的回顾
随着20世纪末共聚焦显微镜技术的进步，研究人员发现蛋白质、RNA或碳水化合物能够集中于许多无膜的细胞群组中。这一时期将相分离的概念重新引入细胞生物学，提出生物大分子在细胞内部进行相分离的观念。
相分离的例子
细胞质凝聚物
在细胞质中发现的许多凝聚物，例如路易小体（Lewy bodies）、应激颗粒、P颗粒等，是经由液-液或液-固相分离形成的。这些结构在细胞内具有重要的生物功能，其形态和动态特征正在得到更多研究的关注。
核内凝聚物
核仁、核斑及其他核内结构也被认为是通过与细胞质内部结构相似的相分离机制形成的，这同样针对了生物分子凝聚物的范畴。
相分离在生物学中的角色
相分离被视为细胞内部协同作用的核心，许多生物过程如信号转导、基因表达调控等都显示出与纤维状结构和液滴相分离有关。举个例子，Wnt信号通路中的超分子复合体即是由Dsh蛋白透过相分离与聚集，从而在信号传递中扮演重要角色。
许多相分离的过程在细胞健康与疾病状态之间有着密切的联系，对于疾病的探索正成为未来生物医学研究的一个重要方向。
合成生物分子凝聚物
合成生物学中，科学家已经开始开发合成生物分子凝聚物，这些合成的凝聚物可用于探究细胞组织和功能。透过灵活的设计和控制，合成凝聚物能够提供反应性、效率和调控能力，并可能用于药物传递平台。
研究方法
为了深入了解这些生物分子凝聚物的动态特性和细胞的基本运行原则，科学家们利用多种技术进行观察和研究，包括高解析度显微镜、蛋白质标记以及活细胞成像等，这些方法使得他们可以追踪和操控凝聚物的行为，进一步促进了生物学及医学领域的进展。
随着对生物分子凝聚物理解的加深，未来我们或许能够更清晰地探讨它们在生物学中的作用，甚至可能开启治疗多种疾病的新思路。这些液体状态的神秘结构，究竟对生命的运行有多大的影响呢？
