我的科學(xué)地帶

內(nèi)容概要

本叢書旨在作為茫茫知識(shí)海洋中的航標(biāo)，導(dǎo)引我們遨游自然科學(xué)和技術(shù)研究的最為重要的專業(yè)領(lǐng)域；文筆通俗易懂，重點(diǎn)放在基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性的知識(shí)和理論，并且自始至終刻意地省略了艱深的細(xì)節(jié)問(wèn)題。    本分冊(cè)介紹的是生命遺傳學(xué)方面的知識(shí)，包括人體與疾病、藥物與治療等日常知識(shí)。

書籍目錄

蛋白質(zhì)為何“搔首弄姿”蛋白合成工廠的內(nèi)幕三個(gè)人的基因組醒來(lái)，睡眠基因DNA中的納米藝術(shù)染色體為何要戴帽子？熒光動(dòng)物何其多再生醫(yī)學(xué)三部曲給細(xì)胞編程細(xì)胞重新編程：開拓再生醫(yī)學(xué)新天地干細(xì)胞的漂亮轉(zhuǎn)身桑蘭何時(shí)能站起來(lái)？生命的元素是如何形成的？生命銀行中的兩種“貨幣”沒有男人的世界可行嗎？生殖的奧秘鑒別男女的難題生命的早期進(jìn)化遺傳與環(huán)境的關(guān)系先有蛋后有雞人體的防火墻休息的大腦耗氧最多指紋鑒識(shí)新知神奇的皮膚流感元兇是誰(shuí)？血清素的魔法排泄物的利用病毒與納米技術(shù)用納米制造的藥物“導(dǎo)彈”癌癥治療的希望“太空疫苗”造福人類能吃的疫苗，離我們還有多遠(yuǎn)重新認(rèn)識(shí)細(xì)菌阿司匹林的發(fā)明者之爭(zhēng)肉毒桿菌也能美容珍惜人體內(nèi)部生態(tài)環(huán)境在太空，細(xì)菌更猖狂

章節(jié)摘錄

　　蛋白質(zhì)為何“搔首弄姿”　　在日常生活中，我們有時(shí)會(huì)聽到“蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)”、“蛋白質(zhì)變性”等詞匯?！暗鞍踪|(zhì)結(jié)構(gòu)”是指蛋白質(zhì)呈現(xiàn)出的空間造型，而“變性”實(shí)際上是指它們?cè)械男螒B(tài)發(fā)生改變。那么，蛋白質(zhì)如何擺出造型？它們?yōu)槭裁匆吧κ着恕保窟@些對(duì)我們?nèi)祟愑钟惺裁礃拥囊饬x呢？　　搭出蛋白的“積木”——氨基酸　　說(shuō)到蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，就不能不提氨基酸。形象地講，氨基酸就像是一個(gè)碳原子上長(zhǎng)著“四只手”，每只手可以抓一樣?xùn)|西。氨基酸內(nèi)的核心碳原子一只手抓了一個(gè)羧基；一只手抓了一個(gè)氨基；還有一只手比較“低調(diào)”，只抓了一個(gè)氫原子；所有的氨基酸都有三只手所抓的東西是相同的，而剩下的一只手，不同的氨基酸所抓的基團(tuán)各不相同，它通常被稱為“側(cè)鏈基團(tuán)”。氨基酸的性質(zhì)就職決于這個(gè)各不相同的基團(tuán)?！　‘?dāng)兩個(gè)氨基酸相遇時(shí)，彼此的氨基和羧基結(jié)合形成肽鍵，原來(lái)的兩個(gè)氨基酸就變成了一個(gè)大的分子，稱為“二肽”。二肽剩余的一個(gè)羧基和一個(gè)氨基可以分別繼續(xù)結(jié)合其他氨基酸的氨基和羧基，從而形成長(zhǎng)串的大分子。最小的蛋白質(zhì)由幾十個(gè)氨基酸構(gòu)成，而大的蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)目可能成百上千?！　≡煨偷漠a(chǎn)生　　經(jīng)過(guò)連接的氨基酸彼此之間會(huì)形成各種各樣的“鄰里關(guān)系”，于是構(gòu)成了諸如“阿爾法螺旋”、“倍塔折疊”、“轉(zhuǎn)折”、“無(wú)規(guī)卷曲”等空問(wèn)形態(tài)。氨基酸之間的連接雖然很緊密，但還是可以在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的。氨基酸合成肽之后，其本身剩余的部分稱為“殘基”。殘基都有一定的活動(dòng)范圍，相距較遠(yuǎn)的殘基還可以通過(guò)一定的作用力互相接近。疏水作用是最常見的一種，疏水的殘基不喜歡外界的水而互相靠近，而親水的殘基則使勁往外擠，去尋找更多的水；另一種重要的相互作用是靜電力，有的側(cè)鏈基團(tuán)是帶電的，同性相斥、異性相吸的作用也造成序列上相距較遠(yuǎn)的氨基酸殘基發(fā)生排斥或吸引。如果系統(tǒng)中存在二硫鍵時(shí)，它們之間的作用會(huì)比疏水或靜電作用更加強(qiáng)烈。由于受到“鄰居”的牽連和空間距離的限制，這些作用力最后會(huì)達(dá)到一個(gè)使體系平衡而又相對(duì)松散的狀態(tài)。通過(guò)諸如上面提到的各種力的作用，蛋白質(zhì)有了一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)甚至四級(jí)結(jié)構(gòu)。像積木一樣，它的一級(jí)結(jié)構(gòu)確定了它們按照怎樣的順序連接起來(lái)，二級(jí)結(jié)構(gòu)決定了氨基酸鄰里之間的關(guān)系如何，三級(jí)結(jié)構(gòu)則是為了讓氨基酸們處于一種合適的狀態(tài)而擺出的造型，而四級(jí)結(jié)構(gòu)是類似兩個(gè)以上造型的組合?！　≡煨偷囊饬x——結(jié)構(gòu)決定功能　　自然界有數(shù)不清的蛋白質(zhì)。截止到2006年，蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)（PDB）里已經(jīng)有了4萬(wàn)個(gè)已知造型的蛋白質(zhì)，而這一數(shù)字還在迅速增加。此外，還有無(wú)數(shù)個(gè)人類知道其存在，卻不知道其造型如何的蛋白。至于人類還不知道的蛋白，就更加無(wú)法估量了?！　∶總€(gè)蛋白質(zhì)的造型各不相同，就好象這世界上沒有兩片完全一樣的葉子。蛋白質(zhì)擺出各種造型當(dāng)然不是因?yàn)椤皭勖馈?，它作為最重要的生命物質(zhì)，作用是維持生物體各種各樣的生命活動(dòng)，而這些生命活動(dòng)能否順利，最關(guān)鍵的一步就是蛋白質(zhì)能否靠近“行動(dòng)目標(biāo)”。比如：有解毒作用的蛋白，必須要擺出一個(gè)“陷阱造型”，把毒素裝進(jìn)去；要清除自由基的蛋白，也要有一個(gè)能把自由基抓住的造型；作為催化某個(gè)生化反應(yīng)的酶的蛋白質(zhì)，通常的造型就是一把“鎖”，而被催化的反應(yīng)物就好比“鑰匙”，一把鑰匙開一把鎖，只有那種特定的反應(yīng)物才能夠進(jìn)入這個(gè)“鎖”中發(fā)生反應(yīng)?！　∪祟悶槭裁搓P(guān)心蛋白質(zhì)的造型　　人們花費(fèi)巨大經(jīng)費(fèi)來(lái)進(jìn)行蛋白質(zhì)造型的研究，不僅僅是為了滿足好奇心，也為了謀求更多實(shí)際的利益。　　比如說(shuō)，如果一種蛋白質(zhì)能夠治療某種疾病，我們通常的做法是將其提純，并注射到生物體內(nèi)。但是從自然界的物質(zhì)中提純某種蛋白質(zhì)并非易事，提純過(guò)程中，為保持蛋白質(zhì)的形態(tài)還要十分小心地進(jìn)行操作。如果純度不夠高，或者殘留了一點(diǎn)致命的雜質(zhì)，注射進(jìn)血液里不僅可能治不好病，還可能產(chǎn)生危險(xiǎn)。所以現(xiàn)代醫(yī)藥生產(chǎn)更傾向于把控制蛋白質(zhì)合成的基因提取出來(lái)，放進(jìn)細(xì)菌里精心培養(yǎng)來(lái)生產(chǎn)某種蛋白質(zhì)。如果在不影響蛋白質(zhì)造型的前提下，在該蛋白質(zhì)上加個(gè)標(biāo)簽，就可以用那枚標(biāo)簽來(lái)“點(diǎn)名”，非常輕松地將這個(gè)蛋白質(zhì)和其他蛋白質(zhì)區(qū)分開來(lái)，從而大大降低了生產(chǎn)成本。比如，研究人員經(jīng)常給某個(gè)蛋白質(zhì)加上6個(gè)連續(xù)的組氨酸，再在細(xì)菌中合成這種蛋白質(zhì)后將其打成漿，并讓“細(xì)菌汁”通過(guò)一層阻攔組氨酸的特殊材料，之后進(jìn)行洗脫，這樣提純的操作就要簡(jiǎn)單多了?，F(xiàn)在，許多醫(yī)藥、食品以及其他工業(yè)用的酶就是這樣生產(chǎn)出來(lái)的?！　〉?，有的蛋白質(zhì)需要借助生物體中其他的物質(zhì)幫助才能擺出正確的造型，這樣的蛋白質(zhì)在細(xì)菌中合成出來(lái)后，只有正確的氨基酸序列，沒有正確的造型，不能勝任它們的工作。要想有正確的造型，就只能將其放到動(dòng)物細(xì)胞中培育，這樣，研究的成本也變高了。　　　　納米藝術(shù)是近幾年隨著納米科技的飛速發(fā)展而產(chǎn)生的一門非主流納米學(xué)科分支。納米藝術(shù)是使用納米科技手段、方法創(chuàng)作的納米尺度的或反映納米科技題材的藝術(shù)?！　∽鳛榧{米科技的研究熱點(diǎn)之一，基因工程近些年來(lái)發(fā)展得如火如荼。在基因工程中，DNA是生物學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)，它的雙螺旋結(jié)構(gòu)是如此神奇，誘發(fā)了科學(xué)家們無(wú)限的藝術(shù)遐想?！　?006年3月，英國(guó)雜志上發(fā)表了保羅·羅斯蒙德的杰作：一幅精美的二維結(jié)構(gòu)的美洲地圖。該作品是由DNA鏈折疊而成，是一個(gè)大約100納米見方的“折紙作品”，它共包含了200個(gè)像素，每個(gè)像素均為一條短的DNA鏈。這是一個(gè)連高倍光學(xué)顯微鏡都無(wú)法分辨的作品，必須依靠分辨率極高的電子顯微鏡或原子力顯微鏡才能觀看。　　保羅繪制DNA美洲地圖所采用的方法大概如下：從M13噬菌體中提取DNA單鏈；然后，通過(guò)計(jì)算“裁”出短的DNA單鏈并著手人工合成；接著，將DNA單鏈與合成好的DNA片段混合，處理后得到一個(gè)個(gè)設(shè)計(jì)樣式的DNA超級(jí)大分子，即最終的DNA圖形。這項(xiàng)工作的前提是充分了解DNA單鏈折疊的動(dòng)力學(xué)特征，操作中的關(guān)鍵步驟是通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算獲得上百條特異性的DNA序列。

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