氨基酸的一级结构
我们找不出任何结构上的原因来解释密码排列,不同的氨基酸与其对应的密码子之间似乎并没有任何物理或化学的关联,克里克称细胞的这套密码系统为“冻结的偶然”。
但是大自然的“偶然”密码系统却给克里克带来一个问题。为什么只有一个偶然?为什么不是好多个偶然?如果这套密码系统是随机产生的,那理论上它不会优于其他密码系统,因此也不会有什么自然选择“瓶颈效应”让这套密码系统胜出。用克里克的话来说就是:“其优势远超其他密码系统,因而独活下来”。但是既然没有选择的瓶颈,那为什么现今没有好几套密码系统,存在于不同的生物体内呢?
答案很明显,那就是地球上所有的生物都是来自同一个共祖,而这套密码系统早在共祖身上就决定好了。更哲学一点的说法就是,生命只在地球上诞生了一次,才使得这套密码系统看上去如此独特、罕见甚至反常。
对于克里克而言,这暗示了一次感染、一次播种。他猜测生命是由某个外星生物,将一个类似细菌的东西播种到地球上。他甚至进一步推测,认为细菌是外星人用宇宙飞船送到地球上的,他称这一理论为“定向泛种论”,并在1981年出版的《生命:起源与本质》里详细阐述了该理论。如同科普作者马特·里德利给克里克写的传记所说:“这个主题让许多人大开眼界。伟大的克里克竟写出外星生命乘坐宇宙飞船在宇宙间播种的故事,他是被成功冲昏头了吗?”
偶然密码系统这样的概念,是否可以证明上述的生命观,取决于个人判断。但这个理论是在说,密码本身并不需要任何优势或劣势来决定能不能突破瓶颈,只需某种偶然情况就可以选择某些特定生命,甚至是某些不可思议的意外,比如小行星撞击地球,就可以毁灭掉所有生命只留下一种,然后就产生了一套唯一的密码系统。
氨基酸(aminozuren)补剂
氨基酸对大家来讲很熟悉。如果你想人们询问它更多的细节,大多数人可能会告诉你一堆有关营养和健身的事情,这其中如果有人提到了蛋白质(Proteins)的话,那这个人就算是比较接近正确答案了。从分子结构上讲,氨基酸的中心碳原子上同时连着一个氨基(NH2)基团和一个羧基(CO2H)基团。最简单的氨基酸化合物当属甘氨酸(Glycine)。如果甘氨酸中心碳原子相连的氢原子换成甲基,则变成丙氨酸(Phenylalanine)。正是与中心碳原子相连的侧链结构的不同导致了不同氨基酸之间的差异。而这些氨基酸正是组成蛋白质的基本单位。
1806年,法国药剂师尼古拉-路易斯.赫尔曼.沃克兰和他的学生皮埃尔-让.罗宾凯特分离得到了第一种氨基酸,并以来源物芦笋(Asparsgus)为名,将其命名为天冬酰胺(Asparagine)。将近一个世纪之后,德国化学家埃米尔.赫尔曼.费雪和弗朗茨.霍夫迈斯特分别发现蛋白质是由氨基酸构成的线性长链大分子,在空间可形成 a-螺旋(Alpha-helix)和β-折叠(Beta-sheet)的构象。蛋白质是通过一种非同寻常的细胞器—一核糖体按照细胞中DNA序
列给出的信息合成出来的。人们对这一过程的深入研究,仍然在不断产生着诺贝尔奖。
两个氨基酸脱去一个水分子发生缩合反应而形成二肽(Dipeptide)。所形成的肽键可过强力或者酶的作用而断裂。假若你刚刚吃了点什么东西,此时此刻你的消化系统正在分
着蛋白质。消化酶需要在特定位置及环境下才能将这些蛋白质分解,活细胞中还有数以
的其他酶通过各种不同的化学反应来进行同样的蛋白质分解过程。人体内通过DNA编码
生了20种不同的氨基酸,不过这已足够:因为仅仅一条很短的十肽链就有超过10万亿
能的氨基酸组合方式。
图中的芦笋富含天冬酰胺,这两个英语单词的词根相同,但并不代表这是天冬酰胺的唯一来源,沃克兰和罗宾凯特也可以从土豆和甘草中提取到这种氨基酸,可当初要真的从土豆或甘草的话,那么这种氨基酸就得换个名了
氨基酸(Amino acid),氨基酸(aminozuren)补剂
蛋白质
蛋白质的英文名称protein,源于希腊文,是“第一重要”的意思。蛋白质分子是由氨基酸首尾相连而成的肽链,并具有特有的空间结构而发挥生物学功能。蛋白质的相对分子质量很大,大约6000到100万不等,例如胰岛素,它的相对分子质量大约5700。对于一种特定的蛋白质,它的氨基酸组成、序列和肽链的长度是相等的,例如甲同学和乙同学的胰岛素是一样的。
每种细胞活性都依赖于1种或几种特定的蛋白质。归纳起来,蛋白质的生物学功能主要包括:1、新陈代谢中起催化作用的酶;2、调节基因表达和其它蛋白质执行生理功能,例如胰岛素是调节体内血糖代谢的激素;3、转运物质,例如血红蛋白将氧气从肺转到其它组织,血清白蛋白将脂肪酸从脂肪组织转运到各器官;4、贮存氮元素和铁元素等营养成分;5、运动功能,例如肌肉的收缩;6、结构成分,例如骨、韧带和皮中的胶原蛋白;7、参与信号分子的识别和通讯;8、免疫功能。
每3个脱氧核糖核苷酸序列编码1个氨基酸,例如UUU编码苯丙氨酸,UUA编码亮氨酸。参与蛋白质组成的常见氨基酸只有20种。理论上,4种脱氧核糖核苷酸可以编码4X4X4=64种氨基酸,已足够使用。地球上千千万万个物种和生命皆源于此。