登陆注册
199800000017

第17章 构成生命的原料

第一篇第十六章构成生命的原料

如今生物学家进行的所有研究似乎最终都要向分子靠拢,研究衰老的在寻找衰老分

子或抗衰老分子,研究记忆的在寻找记忆分子,研究疾病的在寻找和某种疾病相关的分子。

据说,爱情也有它的分子基础。不管这些分子能否找到,有一点可以肯定,就是

一切生命现象都有其物质基础或者说分子基础。

地球上的各种生物在形态结构上虽然有很大的差别,但从物质组成上来看,都是由生命物质

所组成。分析各种生物的原生质化学成分,发现它们都是含有碳、氢、氧、氮、磷、硫、钙

、钠、钾、镁等元素,生物分子并不含不同于地壳元素的任何特殊的元素。但是比较各种生

物分子的原子组成,我们会发现,生物只选择了自然界27种元素,而且都是轻元素。生物中

大多

数元素的原子序数低,只有三种元素的原子序数在34以上。生物体的元素丰富度不同于地壳

。地壳中最丰富的元素是氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾和镁,典型的生物体中98%的原子

是碳、氢、氧和氮,1%的主要是钠、钙、磷和硫,再稍次是钾、镁和氯,其余皆以微量

或痕量存在。生物分子对地壳元素的这种选择引起了生物学家的极大兴趣,虽然我们还不能

给以完美的解释,但可以肯定这种选择取决于元素的结构和性质。

生物体内的分子,除了水以外都是含碳的化合物。那么碳原子有什么优秀的特性使得它成为

生物分子的中心呢?第一,碳原子具有不同寻常的成键能力,碳原子和碳原子之间可以单

键、双键、三键等彼此结合,这就有了各种各样的碳链,环状的、线状的或带有支链的。碳

原子还能和许多其他元素,如氧、硫、磷、氮、氢、氯等结合,并进一步与其他元素结合。

碳元素的兼容特点使其成为了地球上元素间的纽带,并产生了庞大的碳化合物家族。现在我

们知道,这一家族的种类达到了一百多万种,这要比其他91种元素彼此结合所能达到的数目

高出10倍以上。第二,当一个碳原子以四个单键和四个原子团结合时,碳原子和四个单键就

形成了一个四面体,四个原子或四个原子团位于四面体的四个顶角上,碳原子位于四面体的

中心。如果四个结合的原子或原子团彼此不同,中心碳原子就是一个不对称的中心,四个结

合基团相对于碳原子的排布就有两种方式,这两种方式之间的关系就像我们的左右手——能

相对重合,但不能重叠。这两种形式用化学方法是分不开的,只能根据光学性质的不同加以

鉴别,化学家称呼它们为光学异构体。

对生物体来说,最重要的碳化合物是蛋白质、核酸、多糖和脂肪。其中,最重要的是蛋白质

和核酸。

蛋白质是构成生命的基本材料,我们日常接触到的鸡蛋和牛奶都富含蛋白质,我们的肌肉、

血液、骨骼、指甲、头发以及各种酶和激素都是蛋白质。蛋白质的组成和结构具有非常大的

变化范围。实际上,生物分子的多样性,主要就是蛋白质的多样性。据估计蛋白质的种类可

达1010~1012种。蛋白质构造了一切细胞和组织,主宰和推动着一切生命活

动。生物催化剂——酶,生物体内所有的

代谢反应都离不开它,比如,我们每天吃饭时,你慢慢咀嚼饭粒一会儿后,就感觉到了甜味

。这主要是因为唾液里的淀粉酶,很快把米饭中淀粉(多糖)催化分解成了麦芽糖。麦芽糖分

解成葡萄糖后,被吸收进入血液成为血糖,血糖便可以在各种酶的催化下,经过复杂的生物

化学反应,为生命活动提供能量。心脏的跳动、肌肉的运动,大脑神经思维活动需要的能

量都从此获得。除此以外,生物体在生长、发育过程中,还有许许多多的生物化学反应,如

脂肪的合成和分解、蛋白质的合成和分解等生物化学反应都是靠酶催化的。酶是一种高效率

且作用专一的生物催化剂,它在生命活动中起着重要的作用,而它的化学本质仍是蛋白质。

核酸是另一类物质,核酸分为DNA和RNA两种,RNA是核糖核酸的的总称,DNA是脱氧核糖核酸

。RNA和DNA的结构极为相似,核酸的主要功能是贮存和传递遗传信息,它和蛋白质之间存

在着密切的联系。生命为什么选择了蛋白质和核酸?这是一个令人费解而又着迷的问题。

科学家推测,在生命发生阶段,被选择的物质并不一定有多么完美,在诞生生命的原始汤里

,它们可能像其他分子一样,非常粗糙,它们单独表现时也并不见得比其他分子有优越性,

但它们却成了生物分子,而且还是生物分子里的主要角色。一个可能的原因,是它们能相互

合作

,能较好地配合,而实现生命活动的有序性。在漫长的进化历程中,也许惟有这种密切合作

的团队精神才能抗衡严酷的地球环境,也才能使分子进化到现在这种相对完美的程度。

然而,我们知道,核酸的合成需要酶,而蛋白质的合成又需要核酸。那么生命之初,到底是

先有核酸,还是先有蛋白质?这样一个类似于“鸡生蛋、蛋生鸡”的问题一直困扰着人们。

蛋白质就其结构和功能而言,不可能起到遗传物质的作用。蛋白质主要由20种氨基酸构成,

这20种氨基酸的形状、大小、侧链都相差很大,况且不能复制。所以,人们认为最初的遗传

物质不是蛋白质,而是核酸。生物的遗传物质不是DNA,就是RNA,二者必居其一。

既然核酸的合成早于蛋白质,那么最初的遗传物质是DNA还是RNA?DNA肯定不是最初的遗传物

质,因为DNA是惰性的,其复制必须由DNA聚合酶来催化,而酶是蛋白质。近年来发现RNA具

有酶活性,很可能在几十亿年以前,具有合成酶活力的RNA起了作用。

科学家把具有酶活性的RNA命名为RNA拟酶,发现比此酶的两位美国科学家因此分享了1989年

度诺贝尔化学奖。

RNA催化功能的发现对于了解生命进化过程有着重大的意义。可以设想,原始生命出现之前

的环境中存有各种各样的核糖核苷酸。在这种条件下,某些核糖核苷酸自发随机连接起来,

成为不长的RNA。其中少数短RNA有酶学活性,能催化自身或其他的RNA的切割—连接反应,

甚至不精确的复制。经过亿万年的选优汰劣,终于出现了RNA世界。

根据从遗传信息到蛋白质合成的过程中RNA的多方面作用(信使分子、转运、构成核糖体),

人们早就推测RNA是生物体系中最早出现的大分子种类。因此RNA催化功能必

然出现在DNA成为遗传信息载体之前。也就是说,在原始生命中遗传信息载体是RNA而不是DN

A。后来,由于DNA的稳定性和空间结构方面的某种优势而取代RNA成为主要的遗传物质,而

最初的RNA被翻译成为蛋白质,且其中某些蛋白质又具备酶学活性。蛋白质酶是比RNA

拟酶更好的酶,前者催化反应精巧而细致,是钥匙和锁的关系;后者相形见绌,是门闩和闩

的关系。因而蛋白质酶取代RNA拟酶成为主要的催化剂。

有了蛋白质酶,就有可能出现反转录酶,把RNA反转录成DNA。有了DNA,才有可能出现高等

生物,才有可能出现人类社会。现今一切细胞,其遗传物质都是DNA而非RNA,这是DNA优于R

NA的又一证据。

然而RNA并没有销声匿迹,一切DNA生物必然伴随有RNA,RNA在微生物界仍保存着很大一片领

地。细菌、植物、动物和人都寄生着种类繁多的RNA病毒。有些RNA病病毒威力强大,如艾滋

毒令人谈虎色变;黄瓜花叶病毒遍布全球,危害各种作物;狂犬病毒几乎侵染一切哺乳动物

。

RNA、蛋白质和DNA三者,虽然“资历”不同,优、缺点各异,但是并不互相“扯皮”,互相

“诋毁”,而是各尽所能,同舟共济。正是这个非线性系统的不断完善、进化和发展,才创

造了独一无二的人类文化。

同类推荐
  • 让女孩受益一生的成长故事100篇

    让女孩受益一生的成长故事100篇

    本书主要内容有:木兰从军、东施效颦、小山羊和大灰狼、伞的故事、小娇的蓬蓬裙、 地鼠之劳、 蛤蟆的友谊、 打开另一扇窗户、公主的胸针(上)、公主的胸针(下)、杜图瓦:美丽的金枪鱼、跳蚤和绵羊、蝴蝶与火焰、伪装成牧羊人的狼等。
  • 中国文化未解之谜

    中国文化未解之谜

    人类总是充满好奇心,富有求知欲望,不仅对历史积淀的文 化知识和日益发展的科学技术具有浓厚的兴趣,而且对世界上许 许多多的未解之谜都充满了好奇心。这是人类的心理特征,也是 人类社会进步的一种基本动因。从地球到宇宙,从自然到历史, 从科学到艺术,在这许许多多的领域中,无不存在着这样或那样 的“未解之谜”。
  • 乔布斯给青少年一生的忠告

    乔布斯给青少年一生的忠告

    也许你不知道如何能爱上自己所做的事情,也许你正在为自己的将来担忧,也许你不知道如何在激烈竞争中脱颖而出……在这份送给青少年的知识厚礼中,乔布斯会用他不同凡响的一面,帮助你拓宽视野增进智慧,帮助你超越自我升华人生,最终从平凡走向卓越,成为同龄人中的精英,赢在起跑线上。
  • 你是我的宝贝

    你是我的宝贝

    奶奶的努力没有白费,父亲在野外考察中不幸遇难,贝贝长成了一个心地淳朴,有轻度智力障碍而且终生无法治愈。贝贝与奶奶生活在一起。贝贝两岁时,乖顺善良,母亲难以承受这种生活的打击离家出走,热爱大自然的孩子。慈爱宽容的奶奶以顽强的毅力训练贝贝,书中贝贝是个唐氏综合征患儿,力图使贝贝成为一个自爱自立有尊严的人
  • 狼王梦

    狼王梦

    《狼王梦》实质上是一个梦想追寻的故事。作品以日曲卡雪山山麓为背景,讲述了为实现狼子当上狼王的梦想,母狼紫岚忍痛割爱,不惜以牺牲母爱的代价来训练狼子的成长。不幸的是,狼子们却在残酷的狼群竞争中先后死于非命。最后,为着狼王梦想的延续,为保护刚出生的狼孙,绝望中的紫岚在与老雕的搏斗中孤独地死去。《狼王梦》是“动物小说大王”沈石溪最令人震撼的代表作,是让无数人动容的动物小说经典。而动物小说之所以比其他类型小说更具吸引力,是因为它最容易刺破人类文化的外壳和文明社会虚伪的表象,毫无遮掩地直接表现丑陋与美丽融于一体的原生态的生命!
热门推荐
  • 说话滴水不漏的九大隐规则

    说话滴水不漏的九大隐规则

    说话是一门巧妙运用语言逻辑的学问。一个人的说话能力,可以显示他的办事能力。口才好的人,说话说得使人钦服,往往可以很顺利地达到自己的目的。一个人如果具有良好的说话技巧,无论是立身处世,还是交友待人,或是工作创业,都一定会潇洒自如。
  • lol之电竞天王

    lol之电竞天王

    注:本书献给这些日夜奋斗在LOL的人们,也是荒谬的!但张小明并没有放弃,没有放弃他的理想,而是继续努力,人生应该有理想,成为职业玩家是不现实的。通过挥洒青春,燃烧激情,成为一名电竞选手就是张小明的理想!然而,这是一个不被理解的时代,没有任何人会鼓励你去做一名职业的玩家,因为,在世人的眼里,朝着他的目标一步步迈进……
  • 重生完美福晋

    重生完美福晋

    雍正的皇后乌喇那拉氏讷敏重生之后很烦,她本来是想仗恃着自己有过一世经历来改变些什么的,能获得雍正的由衷宠爱是最好,至不济也要保住儿子弘晖的性命,开始时进行得也还算不错,只是随着一个不知道从哪冒出来的新月格格的进了宫,以后的日子就都乱了套,端亲王、荣国公、宁国公、硕亲王、齐亲王......这些上一世绝对没有的人,都是从哪里蹦出来的?
  • 一吻定情:首席的纯情甜心

    一吻定情:首席的纯情甜心

    一份遗嘱,让她陷入恶魔牢笼,成为了恶魔口的的猎物,被强行绑走……再相遇,她才知道,他是姐姐的未婚夫,而她,再一次被恶魔强取豪夺,绑回别墅囚禁,被迫嫁给了他……无爱的婚姻,让她无助求饶,他阴邪宣告“想走?等我高兴了再说!”
  • 无敌大小姐

    无敌大小姐

    当现代阴狠毒辣,手段极多的火家大小姐火无情,穿越到一个好色如命,花痴草包大小姐身上,会发生怎样的化学反应?火无情一醒过来就发现,自己竟然在众目睽睽之下上演脱衣秀。周围还有一群围观者。这一发现,让她极为不爽。刚刚穿好衣服,便看到一个声称是自家老头的老不死气势汹汹的跑来问罪。刚上来,就要打她。这还得了?她火无情从生自死,都是王者。敢动她的人,都在和阎王喝茶。于是,她一怒之下,打了老爹。众人皆道:火家小姐阴狠毒辣,竟然连老爹都不放在眼里。就这样,她的罪名又多了一条。蛇蝎美人。穿越后,火无情的麻烦不断。第一天,打了爹。第二天,毁了姐姐的容。第三天,骂了二娘。第四天,当众轻薄了天下第一公子。第五天,火家贴出招亲启事:但凡愿意娶火家大小姐者,皆可去火府报名。来者不限。不怕死,不想活的,欢迎前来。警示:但凡来此,生死皆与火家无关。若有残病者火家一律不负法律责任。本以为无人敢到,岂料是桃花朵朵。美男个个很妖娆一号美人:火无炎。火家大少爷。为人不清楚,手段不清楚。容貌不清楚。唯一清楚的是,他有钱。有多多的钱。火无情语录:钱是好东西。娶了。(此美男,由美瞳掩饰不了你眼神的空洞领养。)火老爷一气之下,昏了过去。家门不幸,家门不幸啊。二号美人:竹清月。江湖人称天上神仙,地上无月。大国师一枚。美得惊天动地。火无情语录:美人好,尤其是自带嫁妆又会预测未来的美人,娶了。(此美男,由东de琳琳领养)三号美人:轩辕子玉。当朝七皇子,游历四国。一张可爱无敌的脸。单纯至极。火无情语录:可爱的孩子好,可爱又乖巧的孩子更好。可爱乖巧又不用给钱的孩子,娶了。(此美男,由刘千绮领养)皇帝听闻,两眼一抹黑。他的儿啊。怎么就这么不争气呢。四号美人:天下第一美男。性格不详,籍贯不详。火无情语录:谜一样的美人,她喜欢。每天都有新鲜感。娶了。(此美男,由告别的爱情li领养。)五号美人:天下第一名伶。火无情语录:解风情的美男,如果没钱花把他卖了都不用调教。娶了。(此美男由伊眸领养。)六号美男:解忧楼楼主。相貌不详,身世不详。爱好杀人。火无情语录:凶恶的美人,她喜欢。娶了。(此美男由陈铭铭领养)七号美男:琴圣。貌如谪仙,琴音杀人。冷清眸子中,百转千回,说尽风流。(此美男由伊眸领养)夜杀:天下第一杀手。(此美男由静寂之夜领养)
  • 百花齐放的中国艺术

    百花齐放的中国艺术

    本书可作为留学生本科学生的教材。分陶瓷艺术、玉器艺术、青铜器艺术、绘画艺术、书法艺术、建筑艺术、雕塑艺术、音乐艺术、舞蹈艺术和戏剧艺术几个方面,全面介绍中国传统艺术的发展脉络,通过对实例的评论,寓评于述,提高学生对中国传统艺术的鉴赏品位。
  • 一个神秘事件调查员的秘密笔记1:邪神的贡品

    一个神秘事件调查员的秘密笔记1:邪神的贡品

    我因为科研过程中无意遇到的神秘事件,被一秘密科研部门收罗门下,开始了惊险、绝地逢生的人生旅程。在这过程当中我不但见到了地球上从未记载的巨型生物,也见到了具有某种神秘隐形力量的非人类;不但看到了为了贪欲而扭曲变异的人性,也遇到了甘为人类,奉献出自己生命的地外生命体……
  • 雎鸠声声

    雎鸠声声

    他为了她,顶住各方压力,让东宫主位虚悬多年。正当他们即将成就花好月圆的时候,她却因绝世美貌,成为天下共主——天子的猎艳目标。政治形势波诡云谲,各方角逐势力粉末登场。上辈子的是是非非,牵扯着后辈的恩恩怨怨,盘根错绕。为爱矢志不渝是誓言,更是信念!
  • 个人管理学(第二版)

    个人管理学(第二版)

    《个人管理学(第2版)》首次从一门学科的角度提出了个人管理学的概念和体系架构,阐述了个人管理学与相关学科的关系及研究个人管理学的意义,全景式地考察、论述了与人相关的论题,包括人的属性、人与人生的定义、人生的价值和意义、人的基础、管理方法、学业管理、职业管理、婚恋与家庭管理、社会关系管理、健康管理和总体管理。个人管理学是自我认识和自我管理之学,是每个人的必修课。由此可以明了人生,合理地规划人生,系统地、有效地管理自己的方方面面。《个人管理学(第2版)》对各类人员,特别是对职业人士和大学生、研究生有学习和参考价值。
  • 乱世红颜梦

    乱世红颜梦

    战国,一个血腥,绮丽,灿烂如罂粟的年代。拥有现代意识的女主,来到这样一个时代,成了各方势力游戏的对象。当生命都不能保有的时候,她要如何保持自我本心?强者如云的年代,不甘被随意摆弄的女主,踏上了独抗天下的不归路。