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第一类是卫星病毒,这种卫星不能劫持细胞的酶,但是能够劫持辅助病毒的酶(当然,辅助病毒的酶也是辅助病毒劫持了细胞的酶才制造出来的),所以,卫星病毒是依赖辅助病毒复制自己,但它们自己能够编码衣壳蛋白,可以封装自己。其中,那些能够抑制辅助病毒的卫星病毒,就叫“噬病毒体”,它们的辅助病毒往往是一些巨型病毒。
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第二类是卫星核酸,这种卫星能够亲自劫持细胞中的酶复制自己,但是不能合成衣壳蛋白,必须盗取辅助病毒的衣壳蛋白才能完成封装,脱离原始细胞,感染新的细胞。其中,某些核酸是环状RNA的卫星核酸,并不编码任何蛋白质,从结构到复制机制像极了类病毒,它们就被叫作“拟病毒”(virusoid)。那种造成丁型肝炎的卫星核酸常被视为拟病毒的代表,但事实上,丁型肝炎的卫星核酸编码了一种蛋白质用来调节复制的速度,这个蛋白质很可能是在进化中劫持来的。
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最后,朊毒体,俗称朊病毒,非常特殊,是已知的唯一不含核酸的感染性有机体。顾名思义,“朊”是“蛋白质”的旧称,朊毒体就是一种“有害的蛋白质”。
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但这种蛋白质的来源却很正经,就是动物细胞自己合成的朊蛋白,主要分布在神经系统、免疫系统、消化系统的细胞膜上,维持着多种生化功能,是一种常见的结构蛋白。但是,某些朊蛋白的三维结构没有正常折叠,出现了一些关键的错误,就会从结构蛋白变成具有催化能力的酶,也就是朊毒体。
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至于朊毒体的催化能力,说出来很简单,后果却很可怕:朊毒体能重新折叠那些正常的朊蛋白,把它们都变成朊毒体,使细胞里的朊毒体越来越多。
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不仅如此,朊毒体的三维结构与乐高积木颇有些异曲同工之处,能互相拼接起来,动不动就聚集成一长串,团成一大团。而这样的朊毒体团块极其稳定,不但细胞内的各种蛋白酶无法分解它,高压锅慢炖4小时、短波紫外线持续照射、福尔马林浸泡,统统不能使它失活,动物的消化系统当然也不能破坏它们了。
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图4—18 左边是正常的朊蛋白,右边是变异的朊毒体,最关键的变化是一对α螺旋变成了β片层。(作者绘)
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这些朊毒体的纤维和团块越长越大,越聚越多,最后就会杀死整个细胞。而中枢神经系统,尤其是大脑中的朊蛋白特别多,所以朊毒体对大脑的损伤就格外严重——疯牛病、库鲁病、变异型克——雅脑病,都是大脑被朊毒体严重损害的结果,死亡率高达100%。
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但是朊病毒毕竟不是病毒,那种接触诱变的扩张方式在感染初期非常慢,要经过5年甚至几十年的发展才达到致病的程度,这已经超过了几乎所有动物的预期寿命。而且,朊病毒在不同的物种身上也多多少少有些不同,所以它们通常也不会通过猎物感染掠食者。
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所以,朊毒体总是通过同类相食的行为传播开的。朊毒体更容易侵入同物种体内,也更容易把同物种的朊蛋白诱变成朊毒体,使感染者体内积累更多的朊毒体。如果同类相食接连不断,朊毒体积累的速度也会越来越快,潜伏期也就越来越短,朊毒体相关疾病也就暴露出来了。
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比如库鲁病暴发是因为新几内亚的某些部落会在葬礼上吃掉族人的尸体,疯牛病暴发是因为英国用牛下水作为蛋白饲料添加剂再来喂牛,而变异型克——雅脑病则是大量食用患疯牛病的病牛肉的结果,这类病例全球只发现了228例,其中有176例来自英国。
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图4—19 朊病毒可以并排连接成串:β片层结构如果刚好处于平行的位置,就能够以氢键结合起来,拼成更大的片层,仔细对照图2—72的右半部,你能更好地理解这种拼接。不过,这仍然只是个方便起见的示意图,朊病毒实际的拼接方式还要复杂一些,那些片层往往不是拼接成这样一个单调的平面,而是盘旋起来,形成一种“β螺旋”的结构,样子有些像天井楼梯的扶手。(作者绘)
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[1]这件事情与热力学第二定律有很大的关系,但囿于这本书的篇幅和题材,这里只打算勾起那些好奇的读者探索的欲望。
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[2]对于那些没有读过《自私的基因》的读者,我们必须郑重地提醒一件事:基因是自私的,绝不意味着基因产生的行为都是自私的,绝不意味着进化不能解释生物的利他行为。原因很简单,团结就是力量,如果舍弃一点个体利益就能维持群体的力量,甚至从群体中获得广泛的帮助,那么这点舍弃就是一本万利的增值投资,人类就是这样的典型。不仅如此,经过一段时间的复制,基因会普遍存在于大量个体身上,在必要的时候,如果少数个体能够放弃生命,保得其他个体周全,那么这个基因就能在大多数个体上继续延续,蚁群和蜂群就是最突出的例子。对于RNA,我们也将在下面的讨论中看到相同的事情。
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[3]索尔·施皮格尔曼(Sol Spiegelman,1914—1983),美国哥伦比亚大学的分子生物学家,因对DNA状态和癌细胞的研究闻名于世,经他改良之后,核酸杂交技术可以侦测细胞内的任何DNA或RNA序列,这为后世的基因工程奠定了重要的基础。
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[4]这种技术被称为“聚合酶链式反应”(PCR),我们会在下一章遇到它。另外,他使用的RNA复制酶是一种蛋白质,提取自被Qβ噬菌体感染后的细菌。
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[5]这种技术被称为“逆转录聚合酶链式反应”(RT-PCR反应)。这个实验中加入的RNA聚合酶是T7噬菌体的RNA聚合酶,加入的逆转录酶是HIV的逆转录酶。
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[6]因为C和G在配对时形成三个氢键,A和U在配对时形成两个氢键,参见图2—45。
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[7]在单细胞的植物中,通常只有叶绿体一种色素体,但在复杂的陆生植物身上,叶绿体会在不同的组织里分化成不同的形态,比如积累大量的色素,让花朵和果实成为色彩斑斓的有色体;专门制造糖分和淀粉,在果实和根茎中储存营养的造粉体;专门制造蛋白质和脂肪,在种子、花粉、果实、分生组织里满足特殊营养需要的造油体和造蛋白体;专门制造鞣制,防御昆虫和紫外线的丹宁体;等等,都统称色素体。
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[8]弗朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森就是1953年DNA双螺旋结构的发现者。这本书是1993年沃森对RNA世界假说发展状况的总结。
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[9]苏轼《菩萨蛮·回文夏闺怨》:柳庭风静人眠昼。昼眠人静风庭柳。香汗薄衫凉。凉衫薄汗香。手红冰碗藕。藕碗冰红手。郎笑藕丝长。长丝藕笑郎。
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