Passive endocytosis in model protocells.
Passive endocytosis in model protocells.
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DOI：
10.1073/pnas.2221064120
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发表时间：
2023-06-13
影响因子：
11.1
通讯作者：
Wang, Anna
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zhang, Stephanie J.;Lowe, Lauren A.;Anees, Palapuravan;Krishnan, Yamuna;Fai, Thomas G.;Szostak, Jack W.;Wang, Anna
在现代生活中，分子穿过细胞膜的渗透性受到蛋白质转运蛋白的严格调节。在这种转运蛋白出现之前，原始细胞是如何获得营养的？分子可以被动地穿过细胞膜扩散，但以这种方式输入营养物质需要原始细胞在营养物质池中停留数小时，如果不是数天的话。如果膜的渗透性太强，营养物质一进入就会泄漏出来。更糟糕的是，渗漏的细胞膜会丢失原始的遗传物质。我们提出了一种物理化学方法触发被动内吞作用的模型原始细胞。营养物质进入稳定的内化区室使模型原始细胞能够逐渐吸收营养物质，从而打破被动渗透的对称性。半透膜是所有生物体的关键特征。虽然细胞中专门的膜转运蛋白可以输入其他不可渗透的营养物质，但最早的细胞缺乏在营养丰富的情况下快速输入营养物质的机制。使用实验和模拟，我们发现，一个类似于被动内吞的过程可以在模型原始细胞中重建。太难渗透而不能被吸收的分子可以在几秒钟内被内吞囊泡吸收。然后，内化的货物可以在数小时内缓慢释放到主腔或推定的细胞质中。这项工作证明了原始生命在蛋白质转运蛋白进化之前可能已经打破了被动渗透的对称性。
In contemporary life, a molecule’s permeability across cell membranes is tightly regulated by protein transporters. How did primitive cells obtain nutrients, prior to the advent of such transporters? Molecules can passively diffuse across membranes, but importing nutrients in this manner would require a primitive cell to reside in a pool of nutrients for hours if not days. If the membrane is too permeable, nutrients would leak out as soon as they enter. Worse still, leaky membranes would lose primordial genetic material. We present a physicochemical method for triggering passive endocytosis in model primitive cells. The import of nutrients into a stable internalized compartment enables the model primitive cell to gradually absorb the nutrients, thereby breaking the symmetry of passive permeation. Semipermeable membranes are a key feature of all living organisms. While specialized membrane transporters in cells can import otherwise impermeable nutrients, the earliest cells would have lacked a mechanism to import nutrients rapidly under nutrient-rich circumstances. Using both experiments and simulations, we find that a process akin to passive endocytosis can be recreated in model primitive cells. Molecules that are too impermeable to be absorbed can be taken up in a matter of seconds in an endocytic vesicle. The internalized cargo can then be slowly released over hours, into the main lumen or putative cytoplasm. This work demonstrates a way by which primitive life could have broken the symmetry of passive permeation prior to the evolution of protein transporters.
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影响因子：
15
作者：
Zhu TF;Szostak JW
通讯作者：
Szostak JW
影响因子：
38.3
作者：
Saminathan A;Devany J;Veetil AT;Suresh B;Pillai KS;Schwake M;Krishnan Y
通讯作者：
Krishnan Y
DOI：
10.1016/0005-2736(75)90003-6
发表时间：
1975-01-01
期刊：
BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA
影响因子：
--
作者：
BLOK, MC;VANDERNEUTKOK, ECM;DEGIER, J
通讯作者：
DEGIER, J
影响因子：
3.3
作者：
Blöchliger, E;Blocher, M;Luisi, PL
通讯作者：
Luisi, PL
影响因子：
3.9
作者：
DEAMER, DW;BARCHFELD, GL
通讯作者：
BARCHFELD, GL