智慧之窗: 奇妙的蛋白分子

2017年8月
黃小石

蛋白質這名詞,來源於希臘文,是「首要地位、最重要」的意思。

不能少的材料

蛋白質的確是生命現象所不能少的基本材料,幾乎細胞所有的生命進程,新陳代謝、催化反應、信號傳遞、免疫反應、氧氣傳輸、蛋白合成、組織修復等等機制,都必須有蛋白質參與才行,所以蛋白質又稱為「活性分子」。

除了水分之外,蛋白質是人體中最主要的成分,甚至高達「脫水體重」的75%。同時人體的組織,毛髮、骨骼、大腦、皮膚、肌肉、血液、內分泌等,都由蛋白質組成。也有人說,DNA主要的功用就是提供製造人體蛋白的基本藍圖,凡不是從這藍圖得來的蛋白質,就是異體(另外的生命體),就會被身體排斥,這是一種自我保護功能。

蛋白質由氨基酸組成,人體所需的氨基酸約有20種,其中有8種是人體不能製造的,必需從食物中攝取。人體中的蛋白質有十來萬種,因為20種氨基酸可以組成不同的蛋白質。蛋白質可以有的結構,比我們真正用到的蛋白質要多得多了,可是問題也出在這裡。

生化分子結構

蛋白質的「活性」與分子摺疊的形狀有關,尤其是它的催化功能更是如此。因為蛋白質是個很大的分子,所以它有許多種摺疊的可能。蛋白分子中的氨基酸之間(或與水分子)可以形成氫鍵,決定一個蛋白質的形態。至於蛋白質為什麼自己會摺疊成一種有生理功能的三維機構,還是一個沒有解決的問題。

蛋白質只有在正確摺疊的形態中,才能發揮正常的功能;摺疊形態與許多條件有關,比如溫度,要是把溫度升到攝氏41度,許多蛋白質就開始「變態」而失效(所以發燒是人體抵制細菌或病毒的自然策略之一);皮膚若被燙到(使得皮膚蛋白變態),立時敷用冰塊,常可讓皮膚蛋白恢復原狀,這比什麼療傷方法都更有效,遲了就如燙熟的雞蛋清,再冰也沒用了。

摺疊形態

什麼因素決定蛋白質的摺疊形態呢?按照鮑林的研究,主要出於氫鍵的作用和氨基酸排列的次序。不同的構型,比整個宇宙裡的原子的數目還多!

在這麼多的可能機構中,一個蛋白如何「知道」要如何摺疊才有功效呢?這主要是被氨基酸的排列次序決定。然而是什麼來決定氨基酸的次序呢?答案是DNA。但是一個隨機出現的DNA(比蛋白質更複雜),它的多少千萬個鹼基對怎麽會有這麼精確的排列,剛好製出這些正好有功用的蛋白質呢?這DNA似乎已經先知道要做什麼,然後打造出一個剛好的鹼基對序列來,為了適應製造這蛋白所需要的條件。

蛋白質是如何會摺疊得剛剛好,我們也還只能說:「不很清楚」。那麼,我們對生命自然產生的論點,怎麽會這麼有把握呢?若是生命已經存在,我們也能了解DNA如何能巧妙地製作蛋白質;若沒有生命先存在,僅藉隨機過程來產生出導致有生命可能的蛋白質(或DNA),這便是一個大有問題的假設。

我們其實沒有任何理性上的理由,來排斥「智慧設計」的可能性;沒有「智慧設計」者的存在,是一個不能實證的假設。