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[阿什卡咖啡馆] 哟,你身上都是些啥东西?

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发表于 2019-1-15 13:01:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
0.jpg
品质源于技术 服务源于态度
这是阿什卡微信公众号的第607篇原创文章
首发于2019年1月14日

从分子层面看人体,就是个“水货”。成年人的身体,接近70%是水。超过70%,就会显得格外水灵。这不是说笑。满月婴儿的体内,水含量可达到75%。而干瘪老头老太,水含量只有50—60%。

除了水,人体里最多的就是蛋白质了,大概占16—20%,其余的就是脂类、糖类和无机盐以及维生素什么的。

蛋白质的重要性,不仅仅体现在占比上,更体现在它在生命现象中的角色上。如果生命活动是一部大片,那么,蛋白质就是领衔主演。

所谓蛋白质,是一种有机大分子,是生命的基础,它不仅是构成一切细胞、各种组织的主要材料、支架,也是生命活动的机器、动力,是这一切的主要承担者。

那么,这个狠角色又是啥构成的呢?其实我们也不陌生:氨基酸。

氨基酸就像积木,搭起了熙熙攘攘,生机勃勃的蛋白质世界。这才有了宇宙中最神奇的存在:生命。

如此重要的原料,最早是在哪里逮到的呢?

我觉得怎么也得是人体这种高级娱乐场所吧?

错!是在芦笋这种路边摊发现的。

实际上,在高山,在大地,在森林,在大海,随便抓个生命体,都可以逮到这些家伙。

但,偏偏,芦笋满脸懵逼地站到了聚光灯下。这就是命运。

那是在1806年, 法国科学家瓦奎宁(Louis-Nicolas Vauquelin)和他的学生罗比奎特(PierreJean Robiquet),师徒俩研究芦笋的成分,发现了一种陌生的物质。因为是在芦笋中第一次发现,所以管它叫“芦笋素”(Asparagine)。

后来的故事就俗套了,人们从别的生物体内,也找到了类似的宝贝儿。什么叫类似?一看配方、二看组装。

配方是三种,缺一不可:氨基、羟基、碳原子。碳原子大家都认得,简单介绍一下前两位。

所谓氨基,就是一个氮原子、两个氢原子抱成团:-NH2。这种基团,有一定碱性,活性大,容易被氧化。因为著名的、气味浓烈的氨气也是氢和氧抱团形成的:NH₃,所以,-NH2同志就叫氨基。

啥叫羟基呢?其实就是氢、氧抱团形成的基团:-OH。为了方便,化学家们耍了个小把戏:把氢、氧两个字拆开,合成了“羟”字。读音的解决办法,也是故伎重演,把氢、氧的拼音qing、yang拆开,合成一下:qiang。于是组成了瓜众不明觉厉的“羟基”。

组装自然也是极考究的:氨基、羟基,必须插接在同一个碳原子身上。

好吧,一枚碳原子,身上插一个氨基、一个羟基,这是啥?是宝贝儿的基座。这个基座上,再配上不同的零件儿,就成了各种风情的宝贝儿。

01-0组合螺丝刀.jpg

就好像组合螺丝刀的手柄,配上不同的螺丝刀头,就有了不同的功能。说到这儿,我们就可以假装看懂宝贝儿的“结构通式”了:

02-氨基酸的结构通式1.jpg

中间的,当然是多USB接口的生命骨架:碳。上面那个-H是氢。

只有那个-R很面生。为啥?

因为元素周期表里没有叫R的元素。

说得好像跟元素周期表很熟一样。不过没错,这个-R确实不是具体元素,它代表“螺丝刀头”,也就是宝贝儿的侧链基团。不同的-R,决定了不同的宝贝儿的不同种类。

研究来研究去,到了1900年左右,化学家们把不同的蛋白质进行水解,得到了很多种不同的这类宝贝儿,是时候为她们统一命名了,于是世界上就有了“氨基酸”这个如雷贯耳的超级天团。

回首人类发现的第一个宝贝儿,再叫人家芦笋素,还不如叫牛夫人。于是她有了新名字:天冬氨酸。这个名字委婉地标示了她的出身:芦笋属于天门冬科、天门冬属。

100多年后的1935年,20个标准氨基酸中的最后一个“苏氨酸”(Threonine)终于浮出水面。

化学家们还发现,水解蛋白质,可以得到氨基酸;化学合成,也可以得到氨基酸。

如今,人类在自然界发现了很多种氨基酸。

1969年9月28日,一颗陨石掉在澳大利亚维多利亚州的默奇森。这块陨石很大,但它带给大地的震动,远不及带给科学界的震动。因为,仅仅从默奇森陨石中,就已经发现了超过100种的氨基酸。其中,有些是地球上有的,有些,是地球上没有的。

那么,这么多种氨基酸,凭啥前面提到的20种,可以叫“标准氨基酸”?

那是因为,这20种宝贝儿,都有遗传密码。说白了,就是这20个组件,可以根据RNA、DNA指令,定制合成蛋白质,搭建出生物体。

20个,也算个比较大的家族了,所以它的家谱看一眼就好,反正咱俩也背不下来。

03.JPG

聊到这儿,脚指头也能想到:这20个宝贝儿,既有共性,更有个性。我们先看共性,主要共性有三个。

最明显的一个共性就是:拥有同款的“螺丝刀柄”。

第二个共性不太明显:既有酸性,又有碱性,也就是酸碱同体。我们专门聊过酸碱性。这里就不啰嗦了。

第三个共性也算明显。但是说来话长。

我们前面聊过“手性”。大致就是:分子也像手一样,分左右。不管是人,还是分子,只要一左一右,就水火不容。就算大小一样,配方相同,形状互为镜像,但打死也无法叠合,再理性的你我,也绝尿不到一个壶里去。这就是手性。

而氨基酸呢,结构相似,只有基团不同,而基团决定了它的立场。所以,氨基酸极为容易成为手性分子。

为啥是“极为容易”成为,而不是“一定”成为呢?因为这不是必然的,比方说甘氨酸同志就很中立,人家不是手性分子。

既然左右尿不到一个壶里去,这20个氨基酸又19个有手性,那么,它们组成人体,岂不互相扔砖头、吐口水,搞得分崩离析?不会的,因为它们都是L构型,也就是“左手性”。

那么,凭啥L氨基酸独霸生命体呢?难道D构型的右手性氨基酸没有这个能力?

当然不是。对分子来讲,结构决定功能。既然两个左右手性的分子材质一样,结构互为镜像,那么,它们就应该有相同的功能。

但是,自然选择,没有道理好讲,也没有什么必然性。生命形成,本身就是无数偶然巧合的结果。也许,在生命形成之初,L氨基酸占了先机,赢得了RNA、DNA的芳心,星火燎原,慢慢形成一种排他机制,从此横行天下。D氨基酸只能大读庄子,徒唤奈何。

搞成这种局面,触到了瓜众的G点,各种揣测,众说纷纭。举个栗子,环境不公说:

世上左右本一家,混沌一体,共同对外。但由于某种不可描述的原因,环境出现了不对称的转变,产生了L构型发富集,于是让L氨基酸抢了先。

比方说,宇宙中的各种射线具有偏振特征。这样的射线,照射到手性化合物上,就可能造成有差别打击,对某种特定手性分子产生更大的破坏力。D氨基酸就这样遭到降解、压制,而L氨基酸乘机扩大队伍,抢占了生命领地。

另外,产生手性化合物,也可能存在环境不公。比方说,一些手性分子是催化形成的,而催化它们的,属于“非对称”催化物。它可以催化特定手性的化合物。比如石英,就可以产生不对称结构。

也许,是某个因素起了个头,然后加上遗传的自然选择,后来上升到功能性的排他需要,造成了L氨基酸的成功。

数学模型证明,在一个复制系统中,如果有两个互相有"毒性"的物质存在,只要二者有丝毫不平衡,系统就会逐渐排除其中一种,从而保持队伍纯洁。

也就是说,弱势方会被清洗掉。

前面的故事


-END-




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