多构象蛋白态介导的膜形态动力学：生物膜机械双稳态的涌现机制

来自国际团队的研究人员通过连续介质物理模型，揭示了多构象膜蛋白(MCPs)通过构象转换协同调控生物膜形态的新机制。研究发现蛋白质构象灵活性可导致膜机械双稳态和自组织现象，建立的曲率离散化方法实现了复杂膜形貌的高效表征，为理解细胞器动态重构提供了物理基础。

　　

生命膜系统的动态区室化是细胞的基本特征，其复杂几何形态与功能紧密关联。研究团队采用连续介质物理模型(continuum-based physical modelling)，深入探究了具有多构象状态的膜蛋白如何协同塑造生物膜。这些蛋白质如同"分子雕刻师"，通过调控膜的有效弹性性质(effective elastic properties)实现膜形态编程。

有趣的是，蛋白质构象灵活性会引发两种涌现行为：其一是膜的机械双稳态(mechanical bistability)，即膜可在两种稳定形态间切换；其二是蛋白质的集体组织(collective organization)。研究团队创新的曲率离散化方案(curvature-based shape discretization scheme)，犹如为膜形态装上了"数学显微镜"，能高效表征复杂膜几何特征。

实验证明，当这类蛋白质嵌入膜系统时，会通过两种途径驱动非均匀形态形成：一是蛋白质构象状态的空间图式化(spatial patterning)，二是膜平面内的蛋白质重分布(redistribution)。该发现揭示了多态蛋白(multi-state proteins)协调大规模形态变化的普适机制，为理解从线粒体嵴到高尔基体堆叠等生物膜结构的形成规律提供了新视角。