1700258249
·遗传信息·
1700258250
1700258251
答案是,这个绝技本身也是生命的信息的一部分。生命的信息,或者说“组成生命的一切物质要以怎样的状态处于怎样的位置上”,不只决定了生命的形态,还决定了生命的功能,就好比计算机里面存储的信息不只有文本、图片、音频和视频之类的“文件”,还有各种各样用来处理这些文件的“程序”。
1700258252
1700258253
是的,生命在很多地方都像极了一台计算机,尤其是机械式的计算机。对于在读完第二章之后就阅读了增章的读者,这已经不再是一个比喻。而那些没有读过增章的读者,索性再接受一个比喻吧:一切生命活动能够维持秩序,归根结底,是因为细胞内的有机大分子能像机器里的齿轮、链条、连杆、转轴甚至电路板一样,以恰到好处的三维形态彼此配合,迫使所有的物质像输入计算机的数据一样,按照恰当的方式发生恰当的化学反应。
1700258254
1700258255
比如,在第五章里,从糖的发酵到丙酮酸的三羧酸循环再到线粒体内膜上的电子传递链,每一步反应都有某种专职的酶来催化。这些酶就是凭借独特的三维形态,识别并结合它们应该催化的分子,也同样是凭借精细的三维形态,迫使那些分子发生特定的反应——那个水轮机似的ATP合酶已经是一个很经典的例子了,我们不妨再举例说明一下电子传递链中的复合物I,它是“电路板”的好例子。
1700258256
1700258257
1700258258
1700258259
1700258260
图2—40 复合物I的结构简图,小黑点是一对电子。(作者绘)
1700258261
1700258262
在第五章初次邂逅这个复合物的时候,如图2—17,我们已经知道,它的功能是把辅酶NADH中的一对电子转交给辅酶Q,同时利用这对电子中的能量,把4个氢离子泵到线粒体内膜的外侧,也就是膜间隙去。那么,它是怎么做到的呢?
1700258263
1700258264
复合物I是个极其复杂的大型蛋白复合物,竭尽所能地简化之后,可以概括成图2—40:它有一条膜内臂,膜内臂疏水,所以嵌在线粒体内膜的脂质里;它还有一条外延臂,外延臂亲水,所以游离在线粒体基质的水环境中。
1700258265
1700258266
在外延臂两端各有一个位点,分别可以结合一个还原态的辅酶NADH和一个氧化态的辅酶Q,而在两者之间,又以精确的间距排列着7粒“铁硫簇”[6]。我们在序幕里谈到过与生命起源有关的几种石头,有一种被称为铁硫矿,而铁硫簇就可以被看作铁硫矿最微小的碎片,在某种程度上,你可以把它们当作“导体”。
1700258267
1700258268
这就有意思了:
1700258269
1700258270
氧化态的辅酶Q有氧化性,很希望得到一对电子,就像一个“电源正极”;还原态的辅酶NADH有还原性,很愿意给出一对电子,就像一个“电源负极”。而中间成串排列的7个铁硫簇刚好可以导电——它们虽然没有彼此接触,但间距精确控制在了1.4纳米以内,在这样的尺度下,电子将充分展现出诡谲的量子效应,在这里瞬间消失,同时在那里瞬间出现,好像鬼现身。
1700258271
1700258272
于是,毫无悬念地,辅酶NADH上的那对电子,就将顺着那7个铁硫簇组成的量子导线,一路瞬移闪现,痛痛快快地拥抱辅酶Q。而得到了电子的辅酶Q又会失去与外延臂位点的亲和性,飘荡着离开,把电子交给传递链上的下一个复合物了。
1700258273
1700258274
我们都知道,电子的定向运动会产生电流,而电流是可以做功的。那对电子在外延臂上顺着电势运动,就会释放许多能量,这些能量会掀起一系列的蛋白质形态变化,推动膜内臂上的4个通道,也就能够顺势把4个氢离子泵到膜的另一侧了。I
1700258275
1700258276
对于铁硫簇,我们还会在整本书里邂逅很多次,它之于这本书,恰如眼睛之于《盲眼钟表匠》。不过眼下,先让我们赞叹一句“真是太奇妙了!”——恐怕每一个对生命怀有好奇的人,都会为这精巧的结构感到震惊吧?
1700258277
1700258278
然而仔细想一想,还会觉得更加惊人:两个铁硫簇的距离不超过1.4纳米,这是什么概念呢?在一根最细的头发上横着可以排列42 000多个铁硫簇,而且,任意两个铁硫簇之间的距离只要增减0.1纳米,电子跃迁的可能性就会相应地缩放10倍,整个有氧呼吸的效率,也跟着变化10倍。
1700258279
1700258280
复合物I的任何一点点变化都会有严重的影响,所以它在几十亿年中进化得非常缓慢。别说所有的动物,算上所有的植物、真菌、变形虫、古虫……所有的真核生物,连同所有的细菌,只要有复合物I,这7个铁硫簇的位置就都差不多。
1700258281
1700258282
想想看吧,一张网上流传的搞笑图,多转几次手,都会像素模糊,颜色变绿,水印摞水印快要有厚度了,那么究竟是什么东西,在生命体内形成了如此精准的信息?又是什么力量,在几十亿年的时间里如此精准地保存了信息?
1700258283
1700258284
对于前一个问题,答案就5个字:氨基酸序列。
1700258285
1700258286
是的,复合物I看着再像电路板,也仍是些蛋白质,必然由成串的氨基酸折叠而成。而只要氨基酸序列是确定的,蛋白质的三维形态就是确定的,铁硫簇的位置也就是确定的——如果有读者好奇这背后的过程,本章的第二篇“延伸阅读”,会把高中知识拓展得更加深刻一些。
1700258287
1700258288
总之,不仅复合物I,细胞内任何一种蛋白质能够拥有生物活性,也都是因为它们独特的三维形态,也就都是因为它们的氨基酸序列。而更近一步,细胞内的一切物质能够出现在恰当的位置上,归根结底都是各种蛋白质协调、工作的结果。
1700258289
1700258290
所以,确定了所有蛋白质的氨基酸序列,就能确定生命的全部信息。当然,这么说并不是无懈可击的严谨陈述,因为我们很快就会遇到一个“先有鸡还是先有蛋”的难题,这个结论其实是给生命活动选择了一个“静态的切面”。
1700258291
1700258292
对于后一个问题,答案更短,只有两个字:遗传。
1700258293
1700258294
正如我们今天发现的,遗传信息大概可以分为三类:一类是记录所有蛋白质的氨基酸序列的遗传信息;一类是调控遗传信息的遗传信息;还有一类迄今为止没发现任何功能,十有八九是些垃圾信息。
1700258295
1700258296
那么,遗传信息究竟是什么样的,它是如何记录氨基酸序列的,又是如何世代传递的?
1700258297
[
上一页 ]
[ :1.700258248e+09 ]
[
下一页 ]