相分离相关综述（1）

奋斗的小鸟

第一篇 生物学中的液-液相分离


doi:10.1146/annurev-cellbio-100913-013325



Schematic representation of important characteristics of ideal liquids (left) and ideal solids (right).

理想液体（左侧）和理想固体（右侧）的重要特征的示意图。
Order: 对于液体，只存在短程位置有序性。这意味着不能画出沿着粒子之间间距大致相等的直线（虚线红线）。然而，对于晶体固体，位置有序性存在于较长距离。因此，可以画出粒子等间距排列的直线。
Kinetics：在液体中，粒子迅速重新排列和扩散。扩散允许粒子移动远远超出粒子尺寸（粒子轨迹以红色和灰色表示）。相反，在固体中，粒子大多受到由邻近粒子创建的小空间的限制，几乎不会发生小空间重排。
Mechanics：局部施加力（由红点指示）以变形液体体积会导致不同区域的粒子相互远离（顶部）。相应的流动（蓝色箭头）可以在力施加时携带小物体（浅色和深色球体分别对应力打开/关闭时的时间）。在局部，流速与力成比例，速度振幅由粘度确定。在低雷诺数流动中（Purcell 1977），如在细胞中，当力消失时粒子停止运动。没有关于初始构型的记忆（底部）。在固体的情况下，施加力会导致变形累积，直到力被弹性应力平衡。粒子通常保持它们的邻近关系，并且系统记住了初始构型。当力被移除时，系统回到初始未变形状态。换句话说，在固体中探测某一点（球体），它会在力施加之前返回到初始位置。请注意，真实液体在短时间变形时可能会表现出类似固体的弹性响应，这一现象称为粘弹性。在强烈变形下，真实固体可能会逐渐失去初始构型的记忆，这一现象称为塑性。一些非晶固体也可能表现出粘弹性行为，这意味着力也会引发流动。


混合与分离。
(a)示意图表示分离状态，其中两个不同成分的区域被分隔开（黄色部分）。
(b)混合状态，它是在去除分隔物后由于扩散而出现的。相比于a，与b对应的熵较大。
(c)在去除分隔物之前（实线，a）和之后（虚线，b）的红色和蓝色粒子体积分数的空间分布。
(d)混合熵 Smix 作为体积分数 φ 的函数。表示的是 b 对应的 Smix 值，分离状态 (a) 的 Smix = 0。在相互作用能有利于类邻而不利于异邻的情况下，混合态 (e) 的能量大于分离状态 (f) 。这可以通过红色和蓝色粒子之间的不受欢迎的键的数量来说明。



Coexistence of two phases of different composition.

不同成分的两相共存。在平衡状态下，存在两种情况下化学势在空间中是恒定的：
(a) 嵌入均匀相的单个液滴或 (b) 由平坦界面分隔的两个均匀相。这里只描述蓝色粒子体积分数φ的场。请注意，红色粒子的体积分数为1 - φ。
(c) 蓝色粒子体积分数φ（黑线）以及界面上的化学势（棕线）（界面上的坐标r由a和b中的虚线灰线指示）。
(d) 由于界面的曲率，液滴内部的压力 pin 较外部 pout 较大。
(e)不同大小的两个液滴经历奥斯特瓦尔德成熟；即，较大的液滴以较小的液滴为代价而增长（液滴物质的通量由黑色箭头表示）。
<hr/>第二篇 生物相分离:细胞生物学与生物物理学


https://doi.org/10.1007/s12551-020-00680-x



The distinct microenvironment on chromatin driven by LLPS.

由LLPS驱动的染色质上的独特微环境。
图a. 酵母 HP1 蛋白 Swi6 引发了核小体的构象变化，导致紧凑、高度浓缩的核小体的形成。
图b. 超级增强子是一组被转录因子和中介体结合的增强子，它们聚集在一起形成高度转录活跃的基因组区域。
图c. RNA聚合酶 II 的 C 端结构域（CTD）的磷酸化将其亲和力从中介体转向剪接因子。
<hr/>第三篇 液-液相分离及生物分子凝聚物研究的思考与挑战


https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.12.035



Schematic Phase Diagram

共存线（黑线）分隔了单相和双相区域，并受环境条件如温度、pH等的影响。系统在临界点之外不会发生相分离。
图A，在低于 C（sat）浓度的条件下，系统处于单相区域。在双相区域内的任何条件下，系统分为轻相（浓度为CL）和稠密相（浓度为CD）。单个联接线上的所有条件（橙线是一个示例）都导致具有固定轻相和稠密相浓度CL和CD的双相系统，只有两相的体积分数 fL 和 fD 相对于彼此变化（示例2-4）。由条件 3 引发的分离所产生的体积分数可以通过杠杆原则计算，轻相的 fL = L O T（即 L 和 T 的长度比率），稠密相的 fD = D O T。在平衡状态下， C（sat）和 CL 是等效的，但当相分离被核化时，系统的成熟动力学过程中，C（sat）和 CL 可能不同。
（B）自旋分离线（灰线）指示了系统必须通过自旋分解来分离的不稳定区域。在共存线或双相线和自旋分离线之间的区域，系统在核化时发生分离。



A Minimum Set of Experiments to Support Identification and Characterization of Liquid-Liquid Phase Separation In Vitro andin Cells; Not All Systems Will Be Amenable to All Experiments



Overview of Experimental Approaches Used to Evaluate Properties ofAssemblies Formed by LLPS



An Initial Functional Repertoire of Biomolecular Condensates

<hr/>第四篇 蛋白质相分离:细胞生物学的一个新阶段


https://doi.org/10.1016/j.tcb.2018.02.004



Different Characteristics of Protein Phase Transitions.

蛋白质相转变的不同特征。
图(A) 材料状态和动力学可以在从液态到固态的广泛范围内变化。
图(B) 以蛋白质 FUS 为例，它可以在体外跨越整个材料状态范围。
图(C) 膜膜细胞器及其体外再现的示例。
图(D) 几个非膜细胞器具有不同的亚分室的复杂拓扑结构，这些亚分室可能属于不同的状态。



Overview ofdifferent kinds of contacts, which have been observed in protein phase separation.



Examples of phase separatingproteins illustrate the importance of multivalency, highlighted by an array of interaction modules within a single protein.



Different mechanisms regulate the material state and nucleation of protein phase separation.

相关概念：
相分离：相分离反映了一种混合均匀的溶液重新排列自身，以使空间的不同区域被不同浓度的物种占据的分离转变。在最简单的二元混合物情况下（聚合物和溶液），相分离会产生高浓度区域和低浓度区域。在 Flory-Huggins 溶液理论中，与二元混合物相关的混合自由能包括一个单一的相互扩散项（x）。如果这个项是有利的（x < 0），组分将形成均匀混合的溶液。如果相互扩散项不利（x > 0），则会发生分离，出现两相溶液。
相转变：相分离指的是最初均匀溶液的混合，而相转变描述了分子的相位切换（例如，从液体到固体）。
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参考文献：
1. Boeynaems S, Alberti S, Fawzi NL, et al. Protein Phase Separation: A New Phase in Cell Biology. Trends Cell Biol. 2018;28(6):420-435. doi:10.1016/j.tcb.2018.02.004
2. Alberti S, Gladfelter A, Mittag T. Considerations and Challenges in Studying Liquid-Liquid Phase Separation and Biomolecular Condensates. Cell. 2019;176(3):419-434. doi:10.1016/j.cell.2018.12.035
3. Yoshizawa T, Nozawa RS, Jia TZ, Saio T, Mori E. Biological phase separation: cell biology meets biophysics. Biophys Rev. 2020;12(2):519-539. doi:10.1007/s12551-020-00680-x
4. Hyman AA, Weber CA, Jülicher F. Liquid-liquid phase separation in biology. Annu Rev Cell Dev Biol. 2014;30:39-58. doi:10.1146/annurev-cellbio-100913-013325

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