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主题:【原创】方舟子,还有司马南 -- 淡山客

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家园 回答兼科普基因组核酸蛋白酶次生代谢产物代谢调控

我是新网民,CC河是我唯一一个公开发言过的场所,最近几天在这个楼做了多次发言,好像和您对上了,过去以为您有些胡搅蛮缠。但从您这次发言看,您或者在逗我玩,或者确实是缺乏对生物学基本知识的最基本了解。我暂且善意地认为您不是学生物的因此缺乏基本常识,因此有些不能读懂他人意思,因此,先给您科普几个问题:

一、关于植物基因组

植物中有核基因组、线粒体基因组和叶绿体基因组。它们各有独立的DNA复制系统,请查自主复制这个概念。叶绿体是植物将太阳光的能量(“万物生长靠太阳”的根据在这里)转变为化学能的场所(第一步是将光能转变成糖类,……);线粒体是细胞一切活动的能量来源场所,类似于一个城市的发电场。但它们在生物体内是相互依赖相互影响的,这个问题太复杂。

我还是给您举2个例子吧,植物的叶子是光合作用的主要场所,植物的光合作用由叶绿体负责,多数植物的光合作用的最关键酶叫RUBP羧化酶(另一个叫 PEP羧化酶,存在于玉米、高粱等C4植物中,但C4植物的二样化碳固定也主要靠RUBP羧化酶,只是多了一条C4途径),这个酶的最主要作用是固定二氧化碳(不止这一个功能)。RUBP羧化酶含16个亚基,其中的8个亚基是核基因组编码的,8个亚基是叶绿体编码的,分别来自核基因组和叶绿体基因组的16个亚基组成一个很大很复杂的蛋白质,这就是RUBP羧化酶,植物叶片中水溶性蛋白质的一大半是这个酶。叶绿体中捕捉光子的主要色素是叶绿素,包括A、B等(当然还有胡萝卜素等其他辅助色素),不同的色素能捕获不同能量的光子。神奇的是,叶绿素的分子结构与人类的血红素非常非常接近(记得只有1-2处不同)。但叶绿素可是绿色的。

再举线粒体的例子,线粒体约含40多个基因,其中含至少22个tRNA基因用来运输氨基酸(经常会出现一个线粒体基因组中同时有2个某个氨基酸的tRNA)、2个结构基因(12S和16S rRNA,有些种类会有重复)构成核糖体(否则就不能自主复制了)及13个编码能量代谢及呼吸链中需要的一些酶的基因(包括细胞色素b、细胞色素氧化酶的3个亚基、ATP酶的2个亚基以及NADH脱氢酶的7个亚基的编码序列)。这些酶的有些亚基在核基因组编码,有些在线粒体中编码,然后分别组成复杂的酶或酶系。

线粒体的有些基因突变可以导致严重问题,人类线粒体基因组仅16569bp(1.66万个碱基对,与核基因组相比,很小很小),但现在已经发现了几百个线粒体突变与人类疾病相关,包括癫痫、肌无力、痴呆、耳聋、失明、心脏病和一些心血管疾病。植物的线粒体比动物的大很多很多,好像有报道说可以达到300kb(基因大小不同,重复次数不同,非编码区的大小不同),有些植物的雄性不育就是因为植物线粒体基因突变导致的。

二、关于核酸与基因组及蛋白质、酶的关系

DNA、RNA都是核酸,DNA是基因组的组成部分,RNA是DNA的转录产物,蛋白质是RNA的翻译产物,酶是有活力的蛋白质。这部分请搜索“中心法则”

细胞的生命活动都是由化学反应来完成的,这些化学反应是由酶来完成的,转录、翻译这些过程都是由酶的催化下完成的。核酸和蛋白质(包括酶)的合成分解,酶的活化或暂时不活动,也都是由其他酶的催化下完成的。请找本最基础的生化书读。次生代谢产物是酶的催化下合成的小分子化合物。

而什么时间地点该发生什么化学反应,在什么特殊情况下什么基因该例外地表达或者不表达(沉默),就是所谓的基因表达调控的事。细胞是非常复杂的,远远比我们所生存的社会复杂、精细得多(了解这部分,光读生化书有些不够了,请先读北大的生物化学下册先扫盲)。

三、关于植物次生代谢

次生代谢产物(Seeondav metabolltes) 是由次生代谢产生的一类小分子有机化合物。按百度百科之类的描述,“这些次生代谢产物可分为苯丙素类、醌类、黄酮类、单宁类、类萜、甾体及其甙、生物碱七大类” 。据估计,植物次生代谢产物在10 万种以上。

我们非常熟悉的茶多酚和儿茶素(茶叶)、咖啡因(咖啡、可乐、茶叶)、吗啡(镇痛及精神类药品)、烟碱(抽烟)、莨菪碱(戒毒用的)、胡萝卜素(是重要的光 合色素,类胡萝卜素近千种,呈现各种颜色,比如对虾中的虾青素、玉米中的玉米黄素、胡萝卜中的胡萝卜素等等都是)、花青素(花的颜色)、玫瑰油(即健牛儿醇,香精)、百里香酚(香精及驱虫剂)、除虫聚酯(驱虫剂,比如灭蚊、杀蟑螂)、樟脑(驱虫)、甜菊甙(调味)、人参皂甙(补品及药品)、青蒿素(前段时 间炒得很热的药物)、紫杉醇(抗癌药物)、奎宁(药物)、橡胶(工业用)、木质素(这个不太好形容,简单说用来做家具或烧火的木头的主要成分是木质素)等 等、等等都是植物的次生代谢产物(我能想到的实在是太多了,不一一列举了)。概括起来说,让植物呈现气味的或呈现颜色的都是次生代谢产物,这些次生代谢产 物可以用作人类的调味品、药物、杀虫剂、化妆品及消遣类药物。中草药就是利用植物的次生代谢产物,有些植物可以分别使人(箭毒、鱼藤酮等等很多)、牛羊马等大动物死亡的毒素,也是次生代谢产物。

四、次生代谢产物在确定寄主和害虫相互关系时的作用

次生代谢产物并不是植物生长、发育所必须的,不直接涉及到生命正常生长、发育或繁殖。植物制造次生代谢产物的主要目的也不是为了对人类有用,而是想通过它们驱赶、毒杀害虫等敌害生物或者 吸引某些昆虫来给他们授粉。植物长在地上,外敌入侵时不能躲避(逃跑),只能用化学的方法避开敌害或减少敌害动物。

由于次生代谢产物不直接涉及到生命正常生长、发育或繁殖,因此植物在他们的和平时期不会浪费能量去过多生成次生代谢产物,但如果他们认为遇见有外敌入侵,则次生代谢迅速加强。比如被虫子咬后,植物很快发生一系列的生理反应。因此,植物的次生代谢是比较容易受外因调控的,人类可以对次生代谢途径进行调控以期在需要的时候获得更多的活性物质或其他次生代谢产物。这个又太复杂了。举个特别容易理解的例子吧,橡胶就是一种次生代谢产物,人如果用棍子击打橡胶树的树干,可以使得橡胶产量显著增加。同样道理,我们有办法通过让植物误以为遭到袭击而加强次生代谢途径,使人参皂甙、玫瑰香油、等等任何我们想要的东西的产量提高。您可以思考一下,这方面的研究多么有实际应用价值。

虽然,事实上次生代谢产物在对付大动物时往往是徒劳的,但是它们在保护植物不受病菌和害虫侵害时确实卓有成效。您可能听到过棉铃虫、烟草花叶病毒、稻瘟病等名字,这种命名说明这种虫子只能侵染棉花、这种病毒主要侵染烟草、这种菌只能入侵水稻,也就是说每种病原菌的寄主(它们能入侵的植物)种类不是很多,每种虫子能吃的植物种类也不是很多,这在很大程度上得益于植物的次生代谢。对很多动物来说,植物的次生代谢产物,是有毒的。

低等动物能以某一种或者某一类植物为食,是因为他们已经进化出了应对这类植物毒素的方法。一般而言低等动物的食谱窄,比如每种虫子只能吃某种或某类植物,牛和羊等草食性动物食物的食谱宽一些,但能吃的植物也不是太多,牛羊往往吃单子叶植物(您听说过割草喂牛,但听说过砍一些树枝去喂牛的吗?),当然,这里不仅仅是食物对他们是否有毒的问题,对于动物来说很重要的还在于是否有能力消化这些植物。

越是高等的动物,食谱则越是丰富,因为他们能解的“毒”越多。人类的食谱就非常宽,这是因为人类进化出非常强大的解毒系统。但是,如果某人的解毒系统存在缺陷的话,很可能是致命的。而且孩子在很小的时候也是不能乱吃东西的,这方面多看些育儿的书就知道了。

同时,所有的毒性物质,在低剂量摄入的情况下都会使让摄入的生物表现出正面效应(所谓“兴奋”效应),最典型的是过去的丹药,其精髓竟然是汞、砷这些现在看 来毒性很大的重金属,少量摄入汞可以让人看起来神清气爽仙风道骨,尤其脸色很红润颇有神仙相貌,但,您知道的,反正我就是想当神仙也不敢吃。

五、以上的描述想表达的是

第一,被人类珍爱的美味,对于其他动物来说也许是致命的毒物,同样道理,对于这种害虫来说无所谓甚至好吃的某种化合物,对于另外一种虫子来说就是致命的。

第二,被人类珍爱的某些美味,他们对人类就是有毒的,只是在剂量低的情况下,人类感受不到其毒性而已。所谓补品,多数属于这种情况。

第三,对具备正常解毒功能的人无毒的分子,对某些代谢缺陷者,可能是致命的(比如酒精过敏者就是体内缺一个酶;比如苯丙酮尿症患者也是缺乏一个酶,患者摄入含苯丙氨酸的食物将导致神经系统受损,在婴儿阶段就表现出智障,这种孩子很少活到成年)。

今天这个帖子,希望能对您看懂我以往在这个楼的其他发言有所帮助。

六、我对您这句话【转基因研究的最大作用在我看来就是用一种最粗暴的方式把基因蛋白机制破坏,然后人们反推过来生物体有什么样的精细机制以避免破坏不会发生】的评价:

我倒认为,转基因很象在人的心脏中安装了一个起搏器或者射频,它们干涉心脏的工作,因此影响这个人的一切生理活动。由于这个人在心脏中安装了金属仪器,这个人可能会更容易遭受雷击(拍脑袋猜的),或者更容易受什么电场磁场的影响,……。当然您也可以用什么心脏搭桥、安装支架,换了个肾脏,或者戴了副眼镜或助听器或者枷锁等等任何您能理解的任何干扰人体器官运转生理异常的行为来类比转基因对植物的影响。与器官移植不同的在于,目前还不能将外源基因插入到受体植物基因组的某个指定的位置,因此转基因对受体植物的影响更不可控一些。

相反将转基因技术用好了,是可以让人类延年益寿的。

比如前面说的苯丙酮尿症患者,他们摄入含苯丙氨酸的食物将导致神经系统受损成为智障儿童,由于苯丙氨酸是很常见的一种氨基酸,在任何常规食物中都存在,因此患者很难逃脱智障早夭的命运。该病目前的治疗方法是让孩子从小开始一直吃不含或苯丙氨酸含量很低的食物(在食物中添加一直成分难度不大,去掉一种成分,这个难度却是很大的,因此这种患者在不发达地区基本没救),则到一定岁数后,可以和常人一样生活,并且智力正常。试想一下,如果能通过类似转基因技术培育一种不含苯丙氨酸或者苯丙氨酸含量低的植物,将挽救多少人的性命?

其实,前段时间炒得很热的转胡萝卜素的黄金大米,就非常值得推广。

七、我对您这句话【当然,现在利益集团阻碍了研究,例如HUBER 所发现的不明蛋白,其不明蛋白的发生机理是什么,是因为没有得到分子伴侣协助还是别的什么原因等等。huber的研究被封杀了,也就导致科学止步不前】的评价:

假如真有那么一种不明蛋白由于转基因而出现,这是了不起的新发现,其对基础科学的研究价值岂止是推广转基因的收益可以比的。在资本主义国家,在资讯如此发达的社会,会立即有很多人来追逐这项研究,试图抢先获得最新发现,这根本就不是什么孟山都等转基因相关企业所能阻止的,甚至任何一个政府都阻止不了(美国政府也没有能力阻止这样的研究)。

仅以美国为例,美国生物相关科研经费的95%用于人类健康相关的研究,您没有注意到在中国不管从事生物学哪 个领域研究的研究者到了美国后绝大多数转行到医学领域吗? 剩下的5%有部分投入到农业领域。投入到农业相关领域的经费中,多数投给了基础研究,而不是转基因等应用研究。如果通过转基因真的能让植物产生新的物质,不管这种新的物质是有害还是无害,美国会优先对这种现象进行研究,另外如果真的产生特别毒的物质,那美国的医学领域也不会放过这样的机会,即便国家不支持,美国的企业也绝不会放过这样的商机(又,美国的科学研究经费很大比例来自企业,中国该仿效一下了,先从转基因粮食的毒性检测研究开始,您认为如何?)。

如果转抗虫或者抗除草剂基因能产生特别毒的物质,那这是生物武器啊,这种可以控制全人类的东西,美国这个世界警察怎么可能不牢牢地控制起来呢?赤潮藻中某些麻痹性神经毒素的毒性很大,结果被美国列为生物武器,我国研究人员曾想买几毫克的色谱标准品,但多方努力却买不到,因为人家美国不卖。

再补充一点,美国(包括政府和研究人员)和中国不一样,中国人研究最多的是吃有关的,但美国人对吃并不是很感兴趣。相同一项研究,在美国研究的是机理、生态学等等方面的,到了中国就变成了因为很好吃,因此让更多人能吃到这种东西这种主题了。在这个问题上,显得中国人的格调略逊点。

总之,美国人比我们更有理由关心转基因食物的安全。这个Huber的发现只要有点价值,会有大把的企业给他送钱让他抓紧时间深入研究,绝对不会封杀他,您真没有必要为他担心。

八、我同意转基因植物的其他代谢可能会被干扰因此发生改变,也同意基因作物大规模推广需要慎重,同意转基因食物可以进行慎重的安全评价,但我实在不能同意您反对转基因的理由。如果您是为了反对转基因而反对转基因,那我劝您适当改变一下策略。

关于转基因这个问题,过了今天,我不会在这个楼发表任何言论,这基本是最后一次就转基因危害这个问题在这个楼发言。

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