第九章 蛋白质合成尝试

时间: 2025-04-30 19:03:55
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生物大分子的合成十分困难,后面的步骤更是无从着手。

进化论学者所犯的错误,是把生命的产生想象的过于简单,S.W·福克斯等人就犯了这个错误。

类蛋白实验

1953年,米勒没有造出蛋白质。

1955年,福克斯同样也没有制造出蛋白质。

为了证明原始地球不仅可生成简单的有机分子,而且还可从这些简单的化合物合成更为复杂的有机物。他把18种氨基酸在无氧条件下,加热到170℃,保持6小时,结果得到了少量的氨基酸聚合物、焦油和其他有机物。这种氨基酸聚合物分子量3000 - 10000,溶解性与蛋白质相似且易为蛋白酶消化,只是略具催化活性。

图/福克斯模拟实验得到的微球体

为了混淆视听,掩饰失败,他把这种琥珀色的透明物质,名之为Proteinoids(类蛋白)。

专家评论道,“福克斯做了极大努力,却没有成功”。

没有成功的标志:

一是Proteinoids这种东西,根本还不是蛋白质它没有旋光性,有序程度差,不能引起免疫反应。福克斯们认定这种东西是产生蛋白质的“过渡物”,管它叫什么原始蛋白,不过是一厢情愿、自欺欺人。

二是这种所谓“类蛋白”,还需要很精心的人工控制为了让氨基酸结成蛋白质琏,需要从每个氨基酸去掉一分子的水。随之而来的却是,水的出现会强烈地阻止氨基酸形成蛋白质。由于地球上大量的水环境以及氨基酸易溶于水的性质,氨基酸自然随机合成蛋白质的可能性微乎其微。

所谓“没有问题”,只是相对于实验室里勤于动手的化学家们来说。

核酸的形成也是一样。核酸由4种核苷酸组成,核苷酸自己又由好几个模块构成(核苷酸由嘌呤碱或嘧啶碱、核糖或脱氧核糖以及磷酸三种物质组成),而形成这些模块的化学过程却是彼此不相容的。

譬如科学家发现,腺嘌呤无法与核糖建立天然联系,这使研究原始地球生命起源前化学的化学家们在核苷酸如何自然出现的问题上濒于崩溃。在一些生化学家的眼里,有催化功能的RNA在原始地球上的自然产生,简直就是一个奇迹。

人体中估计有10万种以上的蛋白质。它们的结构、功能千差万别,形成了生命的多样性和复杂性。

人身是虫巢,如果算上其它生物体内含有的蛋白质,那就更多。

原核细胞的化学成分也相当复杂。例如:

大肠杆菌大小只有1微米×2微米左右,却含有约5000种不同的化学组分,有3000种蛋白质。

枝原体是已知最小的细胞,从体积上来说比一般的细菌小1000 倍,只相当于最大的病毒,然而它们的DNA也能指导合成500 - 1000多种蛋白质,包括上百种酶。

一般的蛋白质相对分子质量范围在6000到一百万甚至更多。

“捕食”细菌的病毒大肠杆菌噬菌体DNA的相对分子质量就有三千二百万,相比之下我们合成的“牛胰岛素”分子量仅为5733。

每个核酸分子,都是几百乃至上亿个核苷酸互相连接的长链。人体最大的染色体约含有2亿5千万个碱基对,最小的则约有3800万个碱基对。核酸的分子量可达上百万,人工合成的话,至少现在没有可能。

蛋白质和核酸等等的合成,都有严格的序列,制造后必须具有生物活性。细胞里数千种不同的蛋白质,可能少了其中一种,整个细胞都将无法存活或繁殖。

蛋白质合成以后,还要纳入生命系统的控制。这一步更是匪夷所思,没法下手。

不仅如此,地球生物组织中的蛋白质还具有高度的选择性,在大约一百种已知的氨基酸中,只有20种是生命蛋白质的成分——所有这些氨基酸都是左旋的。

按照随机产生的概率计算,即使生成一个很简单的具有生物活性的蛋白质,其自然概率也是小到几乎可以忽略不计。

在自然界,两种状态的有机分子数量大致相等。但在活细胞中,所有氨基酸均为左旋;所有糖和核苷酸则均是右旋。为什么活物完全由左旋氨基酸所组成,至今仍然是个“莫大的奥秘”。

科学家在实验室里,用尽自然界所决不可能拥有的、偷天换日、投机取巧的手段,也只能复制几种最简单的蛋白质和核酸而已(基因工程属于偷梁换柱)。

《生命起源的奥秘:再评目前各家理论》一书指出:

“我们在合成氨基酸方面的成就有目共睹,但合成蛋白质和DNA却始终失败;两者形成了强烈的对照。”

中国科学工作者经过6年多的努力,在1965年用化学合成法合成了“结晶牛胰岛素”,据说这是世界上第一个人工合成的蛋白质(有异议),被吹的牛皮上天,天花乱坠,但牛胰岛素没有生命,根本没有自我复制功能,可以一代代繁衍下去。

一般的蛋白质相对分子质量以6000为下限,若分子量再小一些就属于多肽的范围了。而牛胰岛素相对分子质量只有5700,在蛋白质里是最小的,只有两条肽链,51个氨基酸(氨基酸的相对分子质量一般为128,缩合消去一分子水,按110估算),合成起来还是比较容易的(美国范德堡大学人工合成的迄今为止最大的蛋白质,氨基酸数为242个)。

1958年12月底,中国人工合成胰岛素课题正式启动。这是在前人对胰岛素结构和多肽合成的成功研究基础上进行的。在分别合成胰岛素的两条链时,曾经用人工合成的B链天然的A链结合生成半合成的牛胰岛素。

自然界合成胰岛素,可能使用这种方式吗?

中国科学院上海生命科学研究院研究员施溥涛在接受访谈时曾说:

人工合成牛胰岛素,“作为最小的蛋白质,它比第一代有机分子要神秘一些。但是,现在,我们在一些地方承认它是蛋白质,在另一些地方又根本不承认它是蛋白质……说它是多肽激素,因为它介于多肽激素和蛋白质二者之间……

蛋白质和多肽之间其实并没有绝对的区别,把催产素列为多肽,而把胰岛素(其分子量为5733)列为蛋白质,主要是一个人为的规定——我们把分子量超过5000道尔顿的多肽称为蛋白质”。

为什么胰岛素合成了没有获诺贝尔奖,因为你用的方法都是已知的、没有创新的方法,所以就无缘诺贝尔奖了。

人工合成核酸,也存在同样的问题。

1982年1月15日,经过13年的不懈努力,中国科学家首次人工合成“酵母丙氨酸转移核糖核酸”。完成之后,这项工作得到了广泛的宣传,并与人工合成胰岛素一道,被作为中国生物大分子研究的双璧而载入中学教科书。

这是200位科技工作者历经无数次试验,利用化学和酶促相结合的方法完成的(使用了T4RNA连接酶等等)。

自然界合成核酸可能使用这种方式吗?

把这一切与生命起源联系起来,是不是有欺骗之嫌?

制造真正的蛋白质决不是那样简单。

除了要了解基因组序列,蛋白质的一级结构;除了连接肽链,蛋白质还需要折叠。——蛋白质犹如一台令人惊奇的机器,它们在进行工作之前,会首先自己组装自己,这种自我装配被称为“折叠”( 蛋白质是边合成边折叠的)。

“蛋白质分子的三维结构,除了共价的肽键和二硫键,还靠大量极其复杂的弱次级键共同作用”。

实际上,多肽链形成活性蛋白的每一步,都有潜在的可能形成“不正确”的折叠,如果没有许许多多外部因素的作用,多肽链永远都不能折叠成为活性蛋百(专家语)。——蛋白质的折叠和稳定机制是生命科学中一个远未解决的重大问题,一直是国际上研究的热点。足以困扰今后的科学家几百年。

(蛋白质结构的预测极为困难。氨基酸链能扭曲和折叠的构象空间极大,而且计算蛋白质构象的自由能也很困难。“由于蛋白质自由度太大,目前还不能在全原子水平上模拟整个蛋白质的折叠”。——2011年华中科技大学陈长军语。)

最为令人震惊的是:

蛋白质自我组装的速度极快:

一些蛋白质能够在百万分之一秒之内完成自我折叠。

为了模仿一个这种折叠,需要10000台计算机花费数天的时间或者30台计算机花费数年的时间。

除了氨基酸序列的核心作用,各种各样的因素,包括信号序列,辅助因子,分子伴侣,环境条件,均会影响蛋白质的折叠。新生蛋白质折叠并组装成有功能的蛋白质,并非都是自发的,它在多数情况下还需要其它蛋白质的帮助,群策群力,协同作战。科学家们已经鉴定出了许多参与蛋白质折叠的折叠酶和分子伴侣。

在蛋白质的折叠过程中,有许多作用力参与,包括一些构象的空间阻碍,范德华力,氢键的相互作用,疏水效应,离子相互作用,多肽和周围溶剂相互作用产生的熵驱动的折叠。

对于蛋白质如何获得天然结构这一复杂过程的特异性,科学家们还知之甚少,折叠机制之复杂使问题的解决变得几乎遥遥无期。

用专家的话说:“蛋白质折叠问题被列为“21世纪的生物物理学”的重要课题,它是分子生物学中心法则尚未解决的一个重大生物学问题。从一级序列预测蛋白质分子的三级结构并进一步预测其功能,是极富挑战性的工作。”

福克斯等人希望靠误打误撞、走狗屎运来合成蛋白质,形成有功能的生物大分子简直是天真幼稚到了极点!

核酸(RNA与DNA),自然合成的问题,比蛋白质所面临的问题还要巨大。

让自然界随机制造蛋白质是痴心妄想,让它随机制造核酸更是天方夜谭,白日做梦。

现代科技使人类拥有了非凡的制造能力,但真正的内行谁敢妄言制造生命?

DNA的发现

与达尔文、恩格斯时代的人不同,有了可将被测物放大500万倍的扫描隧道显微镜等高科技装备,我们已经可以看到单个DNA分子的结构细节,窥见了上帝的秘密。

我们已经知道,最本质的生命物质就是核酸,它甚至比蛋白质更重要、更复杂。

唯有核酸能够自我复制,蛋白质的复制也得根据核酸所发出的指令。

没有核酸,就没有蛋白质,也就没有生命。

图/RNA(核糖核酸)与DNA(脱氧核糖核酸)

正如学者所说:

“现代生物学发现,细胞染色体好像一部三度空间的巨形超级电脑,把千千万万数不清的指令、资讯储存起来,谱成一本生命册子,即使是当今人类的电脑尖端科技,也远远赶不上生命的一个重要特征(遗传机能)。”

一个DNA分子的碱基对数目很多,从几千到数百万甚至上亿。

最简单的病毒(它们还不算生命)DNA中,含有约5000个碱基对。

大肠杆菌DNA,约有五百万个碱基对。

人类拥有23对不同的染色体,包含有30亿个碱基对,最大的染色体约含有2亿5千万个碱基对,最小的则约有3800万个碱基对。

仅仅一个细胞核里面的 DNA 含有的数据量,就相当于一百万本大英百科全书。

此外在一个细胞中,还含有成千上万种蛋白质和其它成分。

生命,包括初始生命之复杂,岂是十九世纪的学者们所能想象?

仅仅这一数据和事实本身,就足可以摧毁达尔文的整个进化理论。

DNA复制过程很快:

大肠杆菌DNA,半个小时即可复制完成。

人的DNA那样复杂,复制一次也仅需几个小时,差错率仅为10亿分之一。

DNA分子中所包含的信息,是极其精确和庞杂的,充满了生命所需要的各种程序、指令。

这些信息从何而来?

比尔·盖茨说:“DNA犹如一个软件程序,只是比我们所发明的任何程序更加倍复杂。”制作软件需要使用有智慧的程序员,制作DNA难道就不需要?

如果把四种脱氧核苷酸胡乱地连结起来,可能形成的排列方式当然会很多,可惜如此乱碰并不能形成基因密码,对生命来说毫无用处。

事实上,4种核苷酸在DNA分子中不同排列组合的可能性之巨大,远远超出我们的想象,也远远超过了现有宇宙中的粒子数。如果一个DNA分子只有一百个碱基对,它们在这个分子上的排列数就有4的100次方。而在生物体内,一个最短的DNA分子也大约有4000个碱基对,这些碱基对可能的排列方式乃是44000(4的4000次方)种。

如果用化学进化来解释,让“原始汤”里的核糖自动串连起来,可能性有多大呢?诺贝尔化学奖获得者艾根(Manfred Eigen)计算:

“一个含有221个核苷酸的分子,其复杂程度的数学量等于这些核苷酸所能形成的不同排列的总和一共是4的221次方或者10的 133次方。而10的105 次方个这样的分子就足以充满整个宇宙!

这10的 133次方次随机组合之中,只有一次组合是可以产生第一个生命的。

如果让10的105 次方个分子随机组合,令组合的速率为每秒一万次,假设宇宙的年龄为三百亿年,那么从宇宙形成到现在,一共可以产生的组合方式是10127次方,还不足以产生一个有正确核苷酸排列组合序列的DNA分子”。

不论宇宙的年龄有多长,“进化”速率有多快,单靠随机组合产生第一个生命所必须的DNA分子的可能性几乎等于零。

从数学上看,生命DNA的出现本身就是一个神迹,普通人粗心大意,习焉不察而已。

今天中国的许多中学生甚至大学生依然认为,在巧合的机遇下,生命能够“碰巧”产生,温暖水塘或者浩瀚海洋里那些无机物随机碰撞,就能撞出一个具备着庞大复杂而又有序运作的生命系统(细胞)来,可惜研究生命起源问题的专家们却已经很少有人再这样幻想(就像他们已经摒弃了现代人类起源于猿人的早期理论一样)。

美国国家科学院生命起源研究委员会主席克莱恩(Nick Lane)教授说,“从一个化学家的观点来看,最简单的细菌也异常复杂,几乎不可能想象它是如何出现的。”

美国华裔生化学家何明治博士指出,“如果细胞由进化而来,必须在五分钟之内完成,因为生物体的生存与活动,必需有三磷酸腺苷来维持,细胞在五分钟之内,若缺乏三磷酸腺苷就会立即死亡”。

谁把它放入了细胞?

生命起源的第二步,从有机小分子生成生物大分子,在自然条件下概率实际为零,则第三步,所谓多分子体系的形成就成了空中楼阁,根本不应该提出。

不幸的是,进化论的信徒们并不死心,继其在蛋白质和核酸问题上鱼目混珠、以假充真后,在所谓“多分子体系”上,他们继续瞒天过海,偷梁换柱,大肆欺诈。

团聚体实验

1922年,年轻的苏联生化学家奥巴林(Aleksandr Oparin)在唯物主义世界观基础上提出了生命起源的假说,认为生命起源于物质的进化。

1936年,奥巴林出版了《地球上生命起源》一书,在国际上引起反响,后来被誉为研究生命起源的先驱。

奥巴林根据胶体在水中凝聚成团的现象,提出在原始营养汤中,多肽、多核苷酸和蛋白质等大分子会凝聚成团聚体,这些浸在盐类和有机物中的团聚体通过“自然选择”,由量的积累发生质的飞跃,最终会变成了生命。

奥巴林将白明胶(蛋白质)的水溶液与阿拉伯胶的水溶液混在一起,在显微镜下看到了无数的小滴即团聚体。后来发现蛋白质与糖类、蛋白质与蛋白质、蛋白质与核酸相混,均可能形成团聚体。

他把磷酸化酶加到含组蛋白和阿拉伯胶的溶液中,酶就浓缩在团聚体小滴内;再把葡萄糖-1-磷酸加到溶液中,后者就会扩散进入小滴并被磷酸化酶聚合成淀粉。聚合作用所需的能量由葡萄糖-1-磷酸的磷酸键提供,而所释出的磷酸根则作为“废物”从小滴中扩散出来。由于阿拉伯胶是一种糖类,故合成的淀粉可使团聚体的体积增大。当团聚体变得过大时,它们就会自发地分裂成几个小滴。若把磷酸化酶和淀粉酶一同加到团聚体的配制物中,则这两种酶都会浓缩在小滴里,随后就发生两步反应:葡萄糖-1-磷酸进入小滴并被磷酸化酶聚合成淀粉;淀粉酶则把淀粉分解成麦芽糖,后者与磷酸根一道扩散回周围溶液中。这样的小滴可作为一个开放系统而长期保存。

另一个例子是把组蛋白与RNA制成团聚体,再把RNA聚合酶加入团聚体小滴内,把ADP(二磷酸腺苷)作为“食物”加到周围介质中。在团聚体里,ADP与RNA聚合酶相互作用而生成多腺苷酸(ADP供给能量),多腺苷酸增加了团聚体中RNA的总量,于是小滴生成并分裂成为子滴。

奥巴林还模拟了团聚体进行光合作用的试验。他把叶绿素加到团聚体小滴中,把甲基红和抗坏血酸作为“食物”加到介质中。当用可见光照射团聚体小滴时,叶绿素中被激发的电子使甲基红还原,而从抗坏血酸中释放出的电子则用来替换叶绿素中的电子。这一过程类似于绿色植物进行的光合作用。

他们设想,如果团聚体能自行制造磷酸化酶和淀粉酶(需要含有能“指导”合成这两种酶的基因核酸系统),在它们周围环境中又有足够的葡萄糖-1-磷酸作“食物”,则它们就既能合成,又能分解;如合成速度大于分解速度,团聚体就能“生长”,并通过分裂而“繁殖”,最后变成细胞。

前苏联立国于伪科学之上,惯于批判伪科学却制造出了世界上最多的伪科学。他们批判相对论、批判量子力学、批判控制论、批判化学中的共振论,批判孟德尔的遗传理论,横扫一切“反动的”资产阶级科学,把马克思主义思想体系看作是一种“万能的科学”。

在斯大林的直接支持下,他们在生物学领域树立起了李森科的无产阶级遗传学,贻笑天下,奥巴林的假说也是同类货色。

这一假说有许多问题,几乎等于公然欺骗:

白明胶是动物的皮、腱、骨中胶原用热水处理所得到的一种衍生蛋白质,是水溶性的,非常容易再次凝结,是常用的食用粘结剂;

阿拉伯胶是树胶,70%是多糖,另一组成是大分子质量的蛋白质,有着复杂的分子结构。

两者形成团聚体(外围分子有疏水性)有什么稀奇?

“团聚体”的形成需要有蛋白质、多糖的存在,可惜在原始地球上,具有复杂分子结构的蛋白质是怎样形成的这一问题,尚未解决。

团聚体形成需要在极浓的有机物溶液中,而地球上稀薄的“有机汤”如何浓缩到能形成团聚体呢?

有人补充说,小水池在火山附近高温影响下会蒸发,从而使“有机汤”浓缩。但马上有人反驳说,由于蒸发,盐的浓度会比有机物的浓度升高得更厉害。

他不仅使用蛋白质(包括组蛋白),多糖,乃至核酸、磷脂甚至是多肽。还公然把磷酸化酶,葡萄糖-1-磷酸,RNA聚合酶,二磷酸腺苷,叶绿素,甲基红和抗坏血酸等等加入到实验中。原始地球上何曾存在过其中哪怕是一种东西?

把这么多有活性的生物大分子放在一起出现一些化学反应十分正常——但这与贝希所说,一个人把面粉、白糖、鸡蛋 、发酵粉、鲜奶、沙拉油等等搅拌后放入烤箱,然后欺骗别人说“蛋糕的出现是一个奇迹”有什么两样?

奥巴林不知道原始生命什么样,也不知道生命世界的起点是DNA。DNA的复制下传乃是生命世界形成的基础。

无论是奥巴林,还是福克斯,他们的思想还是达尔文式的,大而化之,粗糙简略,根本不具备二十世纪末才能具有的精深的生化知识。在解释生命起源问题上,皆已误入歧途。

除此之外,问题还有很多。即便团聚体假说成立,它与细胞之间,仍然存在着多道巨大的鸿沟,我们在下面还要谈及。

奥巴林把生命想象的如此简单:为了维持“无神论”,这样简陋的模型还在课本中宣传。