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xinmin:核糖體之謎
送交者: xinmin 2009年10月09日11:29:21 於 [彩虹之約] 發送悄悄話
今年諾貝爾化學獎授予了解開核糖體(Ribosome)三維原子結構的三位美國科學家,離開核糖體首次在電子顯微鏡下被一位羅馬尼亞科學家(諾貝爾獎得主)粗線條地觀察到,過去了短短半個世紀。人類認識自然規律的過程,正是從不知到粗線條地知道,再到精細而高分辨率地知道的不斷發展過程。生命起源的一個關鍵,正是核糖體的起源。套用某哲學家的名言(沒有蛋白質,就沒有生命),我們可以理直氣壯地說,沒有核糖體,就沒有生命。

先簡單科普一下核糖體的基本功能與結構。核糖體作為一個納米車床或平台,與其他的細胞活性分子(包括作為蛋白質合成信息模板的信使核糖核酸,運送氨基酸的轉移核糖核酸,啟動/延伸/釋放蛋白合成的蛋白因子)精誠合作,負責細胞蛋白質的生物合成。原核與真核細胞的核糖體基本結構類似,都由兩個納米零件構成,一大一小。大的形似皇冠,是蛋白合成的催化中心,小的則象一隻伸出來緊緊握住皇冠(以及信使核糖核酸鏈)的手。大的由兩三根長短不一的核糖核酸扭麻花鏈與三十幾或四十幾種蛋白質鋼條交織而成,小的由一根長的核糖核酸扭麻花鏈與二三十餘蛋白鋼條交織而成。真核的核糖體比原核的更為複雜,細微結構也相當有別,正因為如此,那些鎖定核糖體為靶物的抗生素才有抑制細菌或真菌生命而對人類細胞網開一面的藥用。

下面我們思考核糖體的起源假說。科學家發現,真核細胞中線粒體(動力發電廠與內源凋亡指揮部)與葉綠體(生物圈食品總公司)自己擁有的核糖體與原核細胞的核糖體更相似。這導致一個所謂內共生假說,在生命起源之初,原始的細胞們在相咬相吞的過程中,偶然地發現,合作是雙贏的開始。於是它們化干戈為玉帛,決定形成互助組或合作社,而被吞的細胞決定安分守己,放棄絕大部分的基因,只留下極少量的基因,特化成一個骨幹細胞器,專事能量(線粒體)或物質(葉綠體)的關鍵代謝。

姑且假定想象力豐富的內共生假說滿足我們的某種好奇,也不無道理,我們還是面對一個棘手的問題,當初原核細胞的核糖體又是如何起源的呢?因為核糖體這個精密複雜的納米細胞器同時擁有榮辱與共的幾種核糖核酸與幾十種蛋白質分子,而生產核糖體自身的那些蛋白質又需要核糖體來完成,這就產生了一個是先有蛋還是先有雞的兩難問題。於是有人提出了所謂核酸世界的假說(先有具有催化功能的核糖核酸,然後有蛋白質以及核糖體)。但麻煩的是,核糖體內的核糖核酸之催化功能有賴於其中蛋白質的結構性支持。那我們不得不假設,當初的核糖核酸特別有能力,無需蛋白質的支持就勇謀兼備地帶來了從無生命到有生命的革命性轉折。那些早期的核糖核酸先鋒們,不僅搖身一變,成為儲備遺傳基因的脫氧核糖核酸(DNA),而且還可能無中生有地催生了早期某些關鍵蛋白質的出場,又與越來越多的蛋白質組裝成一個納米平台——核糖體,更有效的合成後來所有的蛋白質。生命之歌,就這麼偶然地給吹響了。

我們今天回頭看看咱們身體裡的核糖體,對當初的那些分子進化先行者們,不得不致以某種說不出的感謝。只是很可惜,它們無法接受我們跨越時空的感謝,滿有子欲養,父不在的惆悵感。

不多幾位擁有十的二十七次方(一千億億億)數量級的原子所組成的一百多斤的科學家,用與時俱進的頭腦與科技手段,在短短半個世紀間解開了合成蛋白質的納米機器的原子結構。另外有人還大膽地推測當初的起源出於某種巧合或偶然。你我就這麼來了。請聽詩歌:不要問我從哪裡來,我的故鄉在遠方,為什麼流浪,流浪遠方,流浪。

無神夢囈下的流浪還在繼續……
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