多面手蛋白质

在细胞内，蛋白质除了不能充当遗传物质的角色外，就几乎无所不能，绝大部分的生命活动都离不开蛋白质。因此，自从蛋白质被发现后，其重要性便一直受到人们的重视，并曾一度把蛋白质看作是遗传物质。在确立了核酸作为遗传物质以后，蛋白质就似乎处于一种从属的地位。不过，正是由于蛋白质的存在和发挥作用，遗传信息才可以在细胞内传递和传给下一代，生命的有机体才能显示出生命的特征。蛋白质的功能主要可以归纳为以下几个方面：第一，作为催化生物体内各种代谢过程的酶。酶是一类生物催化剂，比一般的化学催化剂的催化效率高得多。生物体内几乎所有与生命过程有关的生物化学反应都是在有关酶的催化下快速而有条不紊地进行的。其中最重要的生化过程包括：遗传物质DNA的复制，从DNA转录为RNA，在RNA的指导下合成新的蛋白质；分解养分，从中获取生命活动所需的能量；合成构建生物体的物质，使生物可以按照遗传物质的指令生长、发育和繁殖。第二，起到激素的作用，调节生物体内的各种新陈代谢的过程。酶虽然起到催化代谢过程进行的作用，但这些过程进行的快慢主要是由激素直接调节的。激素的种类有很多，最重要的就是由蛋白质构成的激素。如调节哺乳动物血糖含量高低的一种激素——胰岛素，就是一种蛋白质。第三，起到在细胞内和生物体内运输和贮存各种小分子物质的作用。
     进入生物体内的小分子物质除了是以游离的方式随体液而被输送外，有一些还通过与运输蛋白结合而被输送。如动物血液中的血红蛋白能把氧气输送到组织细胞中，又能把组织细胞中排出的二氧化碳携带出来。第四，蛋白质还可有防御和免疫的功能，防御异体的入侵。若有异体入侵，蛋白质则起到消灭或协助消灭异体的作用。这类蛋白质中最重要的就是各种免疫球蛋白。第五，对于生物体的运动，蛋白质也是不可缺少的。正是肌肉蛋白使得肌肉可以收缩和放松，从而动物可以运动。第六，蛋白质可以作为接受和传递调节信息的受体。例如，通过各种激素的专一性受体蛋白，激素才可以发挥调节作用；通过接受外界刺激的感觉蛋白，我们才可以看到东西，尝到食物的味道。此外，蛋白质还可以参与生物生长发育的调节，参与生物体各个部分，包括动物的韧带、血管壁、皮毛、蹄角等的构成。生物向外分泌的物质也有很多是蛋白质，如蛇毒、蚕丝、蜘蛛丝。蛋白质对于构成地球上这个绚丽多彩的生物世界是有举足轻重的作用的。蛋白质的生物合成虽然要在核酸的指导下才能进行，但是蛋白质本身也可以具有一定的自主性。最有代表性的例子就是所谓的“朊病毒”，它们只由蛋白质组成，因为至今仍未能检测出“朊病毒”中含有任何核酸。研究得最多的是能引起羊群致病死亡的所谓“羊搔痒病毒”，这种“羊搔痒病毒”是一种蛋白质粒子，会侵害羊只的神经系统，引起搔痒等症状，最后可导致羊只死亡。一直令人迷惑不解的是，这种不含核酸的蛋白质粒子竟然可以像其他含有核酸的病毒一样具有传染性。当一只羊有病，这种病就可以很快在羊群中传播，从所有患病的羊只中，都可以分离出不含核酸的“羊搔痒病毒”。把这种分离出来的蛋白质粒子人工传染给健康的羊只，同样可以使其染病，同时又可再分离出更多的这些蛋白质粒子。
     从而，可以认为“羊搔痒病毒”是能复制的。这样就产生了如下的问题：在没有核酸，只有蛋白质的情况下，“羊搔痒病毒”怎么可能复制呢？难道这是一种新的生命形式吗？对这些问题长期存在着争议。有人认为这类“朊病毒”是有核酸的，只不过还未检测出来；有人则认为它们确是能自复制的蛋白质，甚至可能是生命起源时期的一种“遗迹”，说明当时的蛋白质也是可以自复制的。随着时间的推移，情况逐渐明朗起来，到最近这个问题还有了比较清楚的答案，原来是蛋白质具有一定自主性的一种表现。最近的研究成果表明，“朊病毒”本身是不含核酸的，只是一类蛋白质，确切地说，它们是从生物体内的一种正常蛋白质变化而来的变异蛋白质。而该种正常的蛋白质是由生物体自身的基因编码的，因此可以不断地产生，并对生物体起着一定的功用。但奇妙的是，当变异的蛋白质，即“朊病毒”，存在的时候，这种正常的蛋白质就会转变成变异的蛋白质，即成为“朊病毒”，这样看起来就好像是“朊病毒”本身能自我复制了。“朊病毒”的这种实质解释了其传染性和扩增性。有关的研究还表明，类似“朊病毒”的蛋白质在不少生物中都存在，说图17 朊“ 病毒”的“复制”方式明了蛋白质具有一种可以自主变化的性质。但不管怎么样，蛋白质始终是要核酸来编码并指导其合成，这点起码在现代生命系统中是确立的。蛋白质主要是执行DNA的指令，而同时又是 DNA的复制所必需的。现代生命系统中DNA和蛋白质的关系可以说是“唇齿相依，唇亡齿寒”。这种关系最初是如何建立起来的呢？