کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
5018176 1467036 2017 24 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
Equilibrium and out-of-equilibrium mechanics of living mammalian cytoplasm
ترجمه فارسی عنوان
مکانیسم تعادل و عدم تعادل در سیتوپلاسم زنده پستانداران
کلمات کلیدی
سیتوپلاسم پستانداران، میکروارگانیسم، موچین نوری، عدم تعادل، مکانیک سلولی،
ترجمه چکیده
سلول های زنده به طور ذاتی سیستم غیر تعادل هستند. آنها از طریق موتور مولکولی و دیگر فرایندهای آنزیمی از تعادل خارج می شوند. این فعالیت همراه با آرایش حرارتی که همیشه در حال انجام است، موجب نوسانات داخل سلولی داخل سیتوپلاسم می شود. در مقایسه با حرکت براونیا، ویژگی مادی سیتوپلاسم نیز بر ویژگی های این نوسان ها تاثیر می گذارد. در این مقاله، از طریق ترکیبی از آزمایش ها و تحلیل های نظری، ما نشان می دهیم که نوسانات درون سلولی در واقع به دلیل نیروهای غیر حرارتی در مقیاس های زمانی نسبتا طولانی هستند، اما صرفا توسط نیروهای حرارتی در مقیاس زمانی نسبتا کوتاه، تحت سلطه قرار می گیرند. بنابراین، سیتوپلاسم سلول های پستانداران زنده به عنوان یک ماده تعادل در کوتاه مدت مقیاس رفتار می کند. میانگین جابه جایی مربع این نوسانات درونی سلولی به صورت معکوس با مدول برشی سیتوپلاسمی در این رژیم تعادل کوتاه مدت در مقیاس معکوس است و به طور معکوس متناسب با مربع مدول برش سیتوپلاسمی در رژیم خارج از تعادل طولانی مدت است. علاوه بر این، ما با استفاده از این نوسانات، میکروسکوپهای منفعل را برای استخراج ویژگی مکانی سیتوپلاسم در رژیم فرکانس بالا به کار می بریم. ما نشان می دهیم که سیتوپلاسم سلول های زنده پستانداران یک ژل ضعیف الاستیک در این رژیم است؛ این در یک توافق عالی با اندازه گیری مستقل میکرومکانیکی با استفاده از میکروسکوپ نوری است.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه سایر رشته های مهندسی مهندسی مکانیک
پیش نمایش مقاله
مکانیسم تعادل و عدم تعادل در سیتوپلاسم زنده پستانداران
چکیده انگلیسی
Living cells are intrinsically non-equilibrium systems. They are driven out of equilibrium by the activity of the molecular motors and other enzymatic processes. This activity along with the ever present thermal agitation results in intracellular fluctuations inside the cytoplasm. In analogy to Brownian motion, the material property of the cytoplasm also influences the characteristics of these fluctuations. In this paper, through a combination of experimentation and theoretical analysis, we show that intracellular fluctuations are indeed due to non-thermal forces at relatively long time-scales, however, are dominated solely by thermal forces at relatively short time-scales. Thus, the cytoplasm of living mammalian cells behaves as an equilibrium material at short time-scales. The mean square displacement of these intracellular fluctuations scales inversely with the cytoplasmic shear modulus in this short time-scale equilibrium regime, and is inversely proportional to the square of the cytoplasmic shear modulus in the long time-scale out-of-equilibrium regime. Furthermore, we deploy passive microrheology based on these fluctuations to extract the mechanical property of the cytoplasm at the high-frequency regime. We show that the cytoplasm of living mammalian cells is a weak elastic gel in this regime; this is in an excellent agreement with an independent micromechanical measurement using optical tweezers.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Journal of the Mechanics and Physics of Solids - Volume 107, October 2017, Pages 284-293
نویسندگان
, ,