螺旋與生命課件

Chapter12螺旋與生命

Asnaturalistshavepointedout,right-handednessisoneofthelawsofnature.Stars（恒星）andtheirplanets（行星）moveandrotatefromrighttoleft.Manusuallyemployshisrighthandratherthanhislefthand,andconsequentlythethingsaroundhim,suchasstaircases,locks,watchsprings,etc.,aremadetobeusedfromrighttoleft.Nownaturegenerallyfollowsthislawforthespiralsonitsshells.Theyareallright-handed,withrareexceptions,andwhenonehappenstofindaspecimenthatisleft-handed,collectorswillpayyouitsweightingold.-----From20,000LeaguesUndertheSea(海底兩萬(wàn)里）byJulesVerne在自然界里，隱藏著生命與非生命的一個(gè)共同現(xiàn)象，這就是螺旋。自從最早發(fā)明螺旋式水泵的阿基米德寫出第一部關(guān)于螺旋結(jié)構(gòu)的科學(xué)著作以來(lái)，有關(guān)螺旋的奧謎便為人們?nèi)找媪私獠⒓右詰?yīng)用。有趣的是整個(gè)生物界也都存在著螺旋現(xiàn)象。

一、生命中的螺旋現(xiàn)象眾所周知，蛋白質(zhì)、核酸及多糖等是構(gòu)成生命的主要物質(zhì)。這些高分子物質(zhì)按照一定的分子邏輯組成了各種生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。近代生物學(xué)和分子生物學(xué)的研究成果向人們展示出：這些生命分子都存在螺旋結(jié)構(gòu)。白質(zhì)也有α-螺旋。當(dāng)然目前已發(fā)現(xiàn)在蛋白質(zhì)中除Pauling等最初發(fā)現(xiàn)的α-螺旋（-3.613）外，還有310螺旋及π螺旋。至今，絕大多數(shù)被測(cè)天然蛋白質(zhì)都是右手α-螺旋。但是Roche與Veerdouw于1978年發(fā)現(xiàn)嗜熱菌蛋白酶的結(jié)晶中存在左手α-螺旋

在核酸研究方面，Watson和Crick在總結(jié)了Astbury、Franklin及Wilkins等人的研究成果的基礎(chǔ)上，于1953年提出了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。這一學(xué)說(shuō)被稱之為分子生物學(xué)的第一原理。根據(jù)他們的學(xué)說(shuō)，DNA分子是右手螺旋體。但在1979年，Rich等正式宣布發(fā)現(xiàn)了左手螺旋DNA。至于RNA也同樣存在螺旋狀結(jié)構(gòu)。

更有甚者，亞細(xì)胞器甚至病毒顆粒同樣具有螺旋結(jié)構(gòu)。典型的例子就是Finch和Klug等發(fā)現(xiàn)的核小體就是有DNA分子纏繞若干組蛋白而形成的螺線管、超螺線管，最后形成染色體。又如細(xì)胞的骨架結(jié)構(gòu)—微管也呈螺旋狀，并且凡由微管構(gòu)成的細(xì)胞器如鞭毛、纖毛、中心體等均保持著螺旋結(jié)構(gòu)。由此可見，生命中的螺旋現(xiàn)象具有普遍性。

二、

非生命中的螺旋現(xiàn)象

避開人為的螺旋現(xiàn)象不談，在自然界中存在著十分有趣的螺旋現(xiàn)象。1962年，美國(guó)MIT機(jī)械工程系主任Sharpiro教授及后來(lái)的英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的特別會(huì)員A.M.比尼博士等發(fā)現(xiàn)，位于北半球的澡盆里的水當(dāng)撥去塞子后，水流出時(shí)所產(chǎn)生的旋渦其旋轉(zhuǎn)方向是向左，在南半球則為右。而在赤道則幾乎沒有旋渦產(chǎn)生。他們把這一現(xiàn)象歸結(jié)于地球旋轉(zhuǎn)這一自然力的作用。

在浩然的大海里，澎湃的海水一刻也不會(huì)安靜，它們?cè)诓煌５丨h(huán)流?？茖W(xué)家們認(rèn)為，即使是無(wú)風(fēng)之日，海水也同樣可以形成旋流。更使人驚訝的是，1982年2月，美國(guó)基皮克天文臺(tái)的天文學(xué)家們首先觀察到日面上有螺旋型的斑點(diǎn)。從微觀的電子到宏觀的行星，它們的運(yùn)動(dòng)都存在著一個(gè)共同的現(xiàn)象—螺旋運(yùn)動(dòng)。

溶解于原始海洋中的各種有機(jī)物，受到海洋流動(dòng)力學(xué)的作用而聚集在一起。在一定的溫度、壓力和一些無(wú)機(jī)物的催化下合成多肽和多核苷酸等大分子有機(jī)物，當(dāng)這些分子鏈增長(zhǎng)到一定數(shù)值時(shí)，隨著海水旋轉(zhuǎn)被“搓”成了螺旋狀結(jié)構(gòu)。后者隨旋渦運(yùn)動(dòng)可相互作用成更大的顆粒。這些顆粒通過(guò)吸附作用，集聚其它必須物質(zhì)便可形成原始生命了。現(xiàn)知蛋白質(zhì)都是由L-型氨基酸構(gòu)成。如何解釋這一現(xiàn)象？假定在原始海洋中D-、L-型氨基酸形成多肽的機(jī)會(huì)均等，這樣一來(lái)，海水中既有D-型氨基酸多肽，又有L-型氨基酸多肽，還有DL-型氨基酸混合多肽（現(xiàn)已知細(xì)菌胞壁中的胞壁質(zhì)就含有L-Ala、D-Glu、L-Lys和D-Ala組成的短肽）。但由于結(jié)構(gòu)的差異，抑或說(shuō)分子內(nèi)能高低不等，D-型氨基酸多肽和DL-型氨基酸混合多肽的分子脆性大，在搓成螺旋狀的過(guò)程中易斷裂、分解。這樣一來(lái)，在蛋白質(zhì)分子中就找不到D-型氨基酸了，它只能以小肽或游離狀態(tài)存在。總之，生命中的螺旋現(xiàn)象是自然里作用的結(jié)果。它遵守著一條分子經(jīng)濟(jì)原則，這就