作為生命基石的蛋白質,其實沒有那么神秘。
蛋白質作為支撐整個生命世界的四大基礎物質之一(另外三個是核酸、糖類還有脂質),是我們身體里絕大多數生命活動的具體執行者。
蛋白質是由二十幾種基本氨基酸組成的。我們可以把每一種氨基酸想象成一顆美麗的珍珠,不同的蛋白質會按照不同的順序將這些珍珠串成一條珍珠項鏈。不同種類的珍珠有自己的脾氣和特點,所以靠的比較近的那些珍珠,會按照它們的本性聚攏或者疏遠,從而形成一些特殊的局部小結構。
而所有這些局部小結構通過互相吸引、彼此排斥之后,會最終調整坍縮到一個在能量上相對穩定的狀態。這時候它呈現出來的就會是這根珍珠項鏈、也就是這個蛋白質應該有的樣子。
剛剛我們講的這個過程,有個很專業的名字叫做“蛋白質折疊”(protein folding)。關于它還有一個非常有名的理論,叫做安芬森法則(Anfinsen's Dogma)。20世紀50年代末,美國生物化學家克里斯琴··安芬森(Christian Boehmer Anfinsen,1916 - 1995)提出假說,認為蛋白質的氨基酸序列包含了其天然結構的全部信息。這里的核心是“全部”,也就是說,單純由氨基酸序列就能完全決定蛋白質的天然結構,與歷史無關。這是為什么呢?因為蛋白質的天然結構就是它能量(專業說法是“自由能”)最低的狀態,即熱力學最穩態。
如何證明這個假說呢?安芬森通過實驗證明,天然結構被破壞的蛋白質,不需要外部能量輸入又會自發變成天然結構。他因此獲得了1972年的諾貝爾化學獎,他的假說也升格成為生物化學領域的重要法則之一。
但是,單一蛋白質的折疊還不算完,當很多功能相關的蛋白質分別完成折疊之后,還可以進一步組裝在一起,形成更加復雜的生物大分子機器。這些生物大分子機器可以像我們熟悉的宏觀世界里的那些機器一樣,幫助生物體完成更加復雜的生命活動。
所以說蛋白質的折疊決定了它的結構,而它的結構決定了它的功能。我們只要搞清楚蛋白質的結構,是不是就可以知道每一個生命過程是怎么運作的?疾病和衰老又是怎么發生的?
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