上帝造人有多难（生命的密钥）

作者简介

朱钦士，四川省成都市人。早年毕业于北京大学生物学系，后来取得荷兰阿姆斯特丹大学生物化学博士学位。曾任中科院生物物理研究所硕士研究生导师，在国内外主要学术杂志上发表研究论文30余篇，参编第六版《十万个为什么》。研究领域广泛，包括生物能、酶的结构和功能、蛋白质的合成与转运、癌症与染色体、神经递质、基因表达的调控机制以及肝脏解毒系统等。

内容简介

2.2 蛋白质的“十九般兵器” 《论语》中说，“工欲善其事，必先利其器”， 是说要把一件事做好，必要的工具是不可少的。在现 代火器出现之前，人们要狩猎或搏斗，自然可以拳打 脚踢牙咬，也就是使用人体“自带”的工具。但是如 果有武器相助，威力就大得多。古人早就懂得这个道 理，所以发展出各式各样的武器。在《水浒传》中， 八十万禁军教头王进教授九纹龙史进的，就有“十八 般武艺”，也就是使用“十八般兵器”：矛、锤、弓 、弩、铳、鞭、锏、剑、链、挝、斧、钺、戈、戟、 牌、棒、枪、扒。 我们身体里面的蛋白质，负担的任务远比古代的 武士进行搏斗为多。为了完成所有这些任务，蛋白质 不但也有“十八般兵器”，而且比古代武士所用的还 多一种，所以有“十九般兵器”。这些武器的名字中 最后的两个字（氨酸）相同。为了看起来简洁，并且 和上面的“十八般兵器’’对应，我们在这里把这最 后两个字略去，只写出它们前面的字，那就是丙、缬 、亮、异亮、苯丙、脯、色、丝、酪、半胱、蛋、天 冬酰胺、谷氨酰胺、苏、天冬、谷、赖、精、组。这 些武器到底是什么，我们后面再讲。在这里先说说蛋 白质的重要性和任务。任务清楚了，蛋白质为什么要 这么多种“武器’’就清楚了。 蛋白质不仅是构成皮肤（如胶原蛋白）、毛发和 指甲的材料，更与所有的生命活动有关。肌肉收缩需 要蛋白纤维，物质转运需要各种蛋白转运器，识别敌 友需要抗原识别蛋白，标记外来的异物需要抗体，血 液凝固需要成纤维蛋白，调节血糖需要胰岛素，感知 外界信号需要各种蛋白受体，把DNA缠绕成染色体需 要组蛋白，控制基因的表达需要各种转录因子等。 除了以上功能以外，蛋白质最复杂、最繁重的任 务，还是催化各种化学反应。生命活动是通过几千种 化学反应来实现的，包括利用外来物质建造自己的身 体，氧化食物中的分子以获取能量，生产前面提到的 各种生命活动所需要的分子，如转运蛋白、抗体、激 素、凝血因子等。化工厂里面要实现各种化学反应， 常常使用高温、高压的条件。但是在人体中，一切化 学反应却必须在恒定体温和常压下进行。这就给我们 出了个难题。 比如在火力发电厂中，煤和石油是在高温下燃烧 的。但是在常温下，放在空气中的煤和石油很稳定。 把葡萄糖放在空气中，哪怕在大热天（到37℃），它 也不能被氧气所氧化。这是因为，分子要进行化学反 应，必须首先要得到足够的能量，把其中的化学键（ 把原子连接成分子的电子联系）打开。燃烧时上千度 的高温能够提供足够的能量。但是在室温下，分子得 不到所需的能量，化学反应也就难以进行。而在我们 的身体中，葡萄糖却可以容易地被“燃烧”，变成二 氧化碳和水，释放出我们身体所需要的能量。这是因 为在体内，化学反应有蛋白质的帮助。蛋白质能把化 学反应分成几步，每一步需要的能量都比较少，这就 使得原来在体温下不能完成的化学反应也能顺利完成 。反应完成以后，蛋白质又恢复原来的样子，本身并 不消耗。这个过程就叫做催化。这些催化化学反应的 蛋白质，就叫做酶。我们身体里面的几千种化学反应 ，都是由酶来催化的。 所以我们可以说，没有蛋白质就没有生命。蛋白 质是一切生命活动的具体执行者。但是在过去的二三 十年中，由于若干关键技术的突破（比如工具酶的发 现与制备，克隆技术，聚合酶链式反应即PCR以及大 规模测定DNA序列的技术等），分子生物学得到了迅 猛的发展。而在同一时期中，对蛋白质进行研究的传 统技术却没有多少突破性的进展，反而需要借助分子 生物学的手段。因此，现在人们对DNA和基因谈论得 很多，对蛋白质的注意力反而有所下降。 其实DNA不过是记载生物密码的分子。而且密码 里面的信息，只和蛋白质有关。DNA的作用，就是为 各种不同的蛋白质编码，并且和转录因子一起，准确 地控制每种蛋白质出现的时间和地点，仅此而已。其 余的工作都交给蛋白质去做。DNA并不记录脂肪和葡 萄糖的分子结构，也不为胆固醇和血红素的分子编码 。是蛋白质在合成和利用这些分子。因此，DNA携带 蛋白质的信息，蛋白质使生命得以实现。已经绝灭的 猛犸和尼安德人的DNA还基本上存在，但那已经不是 生命。只有细胞（比如卵细胞）里面的蛋白质有可能 使它们重新变为活的生物。恩格斯说，“生命是蛋白 质的存在方式”，进化论者说，“生命是传递基因的 工具”，两种说法都有其道理。现在，人的DNA序列 已经完全弄清，我们已经进入“后基因时代”，是重 新把注意力放到蛋白质身上的时候了。 蛋白质要执行各种功能，首先就要准确地与各种 分子相结合。这就需要蛋白质的表面形状要和与它结 合的分子的形状相符，而且结合处的带电情况也要相 配。这就要求蛋白质分子有各种特异的形状和表面电 荷分布。这是由上面所说的“十九般兵器”来实现的 。 P23-25