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科学网讲课与科研五神奇的生物膜颜宁的博文

2019-07-08 20:45:33来源:励志吧0次阅读

我一直都记着我欠了两个债--在《讲课与科研(三)》里面说要把图转化成文字,到现在没做;在《讲课与科研(四)》里面说要写出答案,结果直接paste大家的回复了。一部分当然是因为懒惰,乘兴下笔,兴尽弃坑;另一部分是真不敢写科普,生怕用词不准确,误导了人;更怕在超出自己专业之外的内容上功夫下的不够,班门弄斧贻笑大方。不过,有一些想法,如果不及时地记下来,真的就会溜掉了。所以现在信笔由缰地写着玩,那怕不准确挑起些争论也是好的(刚刚试了一下,如果一进入detail,就向着专业化的路数走下去了,所以在这里不求accuracy,只要大的picture)我教了两年本科的生化课,讲代谢部分。第一年讲完,整天跟人说“生命嘛,就是大的化学反应器(Life is a reactor)”;第二年讲完,在微博上写下“生命就是源源不断地纳入能量,转化为信息。@着名歌唱家与我同名@zhulab ”如果把自己放到无限的空间和时间之外看地球上的芸芸众生(各种生物),是不是就会看到如下光景:植物和一些细菌、藻类利用太阳光提供的能量把二氧化碳和水固定为碳水化合物(以下简称葡萄糖)中,太阳能一部分用来把水(HOH)里面那个氧的电子剥离,使之从负,是不是?小小的细胞里,同样的过程也在被发生着。如果生物膜两侧这个质子顺着浓度差流下去,那么这个势能就会化作热量散失了(我们确实有一种蛋白质叫做thermogenin,就是用来疏导质子流动而产热的),但是恰恰在细胞中线粒体的内膜或叶绿体的类囊体膜或者细菌的内膜上,有一个神奇的小机器,叫做ATP合成酶(FoF1-ATPase)。质子从高浓度向低浓度流动的过程中,推动了这个ATPase的转动,而这种动能又被进一步捕获用来合成ATP,从而把能量最终储存在了ATP的高能键中。一旦有了神奇的ATP,它们就可以把能量用到各个地方去提供给各种生命过程。没学过生物的,到这里估计已经被我说晕了,那我的建议就是--去学生物吧我上面说的过程就是在描绘下面这幅图:说到底,我们就是靠不断消耗着食物中的能量来完成机体的构建、遗传信息的传递、各种信号的接收与传导。这一切是如此的精巧,经过几十亿年的进化,环环相扣。可是如果我们试图去还原,是否本质只不过是:1. 源源不断输入的能量(太阳能,地热能、核能?)2. 能量的不断输入推动了化学反应(这里俺急需补化学知识),事实上,到这一步就是着名的米勒实验 了3. 在生命体这种神奇的物体中,各种化学反应神奇地有条不紊地进行着,而本质不过是电子的传递。我们是否可以把生命活动定义为核反应、化学反应之上的另一种反应?尽管它是由化学反应组成的,但是又不是一般的化学反应可以做到的,也因此从米勒实验到生命体还有巨大的沟壑--米勒实验没有膜。生物膜的神奇之处在于:1. 它们围起一个系统,在这里面,酶们可以达到在溶液状态下很难达到的高浓度;2. 它们切割空间,在其内外造成各种不对称,这便有了势能与信号;3. 它们支撑起许多的膜蛋白,这些膜蛋白都是一个个神奇的能量转化器,不但利用它们本身的运动来转化者各种化学物质的势能,从而实现了物质的运输和信息的传递。4. 阴差阳错,ATP成了生物界的能量货币。而推动ATP合成的最重要直接动力是质子梯度,H+:最简单的化学物质。大自然,您能不能更懒一点?有了生物膜,这个最简单的小家伙“质子”已经可以发挥大功效了。先写到这里。以上文字可以充分显现出我对很多基础知识的欠缺,边写边想,很多内容写不出来,但是经常跟我聊的同学应该能明白我的困惑与试图表达的内容。欢迎拍砖。

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