五、组成生命的两大主角——蛋白质和核酸

1．蛋白质

蛋白质是生命功能的执行者、表演者。人体中有几十万种蛋白质，地球上有150万种生物，蛋白质总数估计有1010～1012种。一种细胞中有几千种蛋白质。人吃下东西靠胃液里的酶消化，这种蛋白质叫胃蛋白酶；呼吸时把氧带到全身血液中的血红蛋白；动物活动靠肌肉中的肌动蛋白、肌球蛋白；和侵入人体的病毒作斗争靠免疫系统的抗体。蛋白质有这么多的生命功能，它的分子结构又是怎样的呢？

蛋白质是由氨基酸组成的长链，组成人体蛋白质的氨基酸共有20种（见表1），除了不含不对称碳原子的甘氨酸外，其他19种全有手性（又称光学活性），但人体蛋白质的氨基酸都是L型的或称左手型的。D型氨基酸只存在于细菌细胞壁和细菌产物中。为什么人体蛋白质都是左手型的？这是当今生命起源科学家研究的热点，称为生命起源的谜中之谜。

2．核酸

核酸是一种多聚核苷酸，它的基本结构单位是核苷酸，而核苷酸又由碱基、戊糖与磷酸组成。核苷酸中的戊糖有两类，D-核糖和D－2脱氧核糖。根据核酸中所含戊糖种类的不同，分为核糖核酸RNA和脱氧核糖核酸DNA两大类（表2）。

　

3．先有蛋白质还是先有核酸

在生命起源时，究竟是先有蛋白质还是先有核酸呢？这个问题也就是著名的“先有鸡还是先有蛋”的悖论。在20世纪50年代，英国的贝尔纳在莫斯科大学作学术报告，结束时向奥巴林提出一个问题：核酸与蛋白质到底哪个先发生？对此科学界众说纷纭。一派认为先有蛋白质，另一派认为先有核酸，再有一派认为蛋白质和核酸同时起源。在核酸派里，有的提出先有脱氧核糖核酸DNA，有的则认为先有核糖核酸RNA，研究了将近半个世纪。

40年过去了，遗传物质DNA双螺旋结构的阐明以及20世纪60年代出现的中心法则——DNA、RNA、蛋白质三者的关系，揭示了生命遗传、发育和进化的内在联系。遗传信息的保存、传递和表达是以DNA为出发点的，并且还发现了遗传密码的编码机理。通过比较研究，证明所有生物，从细菌到人，遗传密码都是通用的，证明所有生物在分子进化上都有共同的起源。

核酸RNA先发生的学说，早在20世纪60年代，克里克、奥吉尔（Orgel）、伍斯（C．R．Woose）分别在研究早期的遗传系统时，基于RNA把基因的碱基顺序翻译成为蛋白质的氨基酸顺序时具有多方面的重要作用，曾指出RNA可能出现在DNA之前。进入80年代后，奥吉尔等人在无蛋白质参与情况下，成功地合成出寡聚核苷酸，有力地支持了RNA出现最早的说法。

考虑到生命起源的分子过程时，如无蛋白质，仅RNA能否自我复制？1983年，艾尔麦恩与佩斯合作，确认大肠杆菌和枯草杆菌RNase P上的RNA部分是货真价实的酶，因为该RNA部分能独自加工tRNA前体，切断其 5＇端特定位置上的磷酸二酯键。1986年，塞克确认四膜虫rRNA的内含子也是地地道道的酶。因该内含子RNA能独自切除自己，并连接两侧的外显子和催化两个以上的内含子寡聚化反应外，更重要的是还能像RNA聚合酶一样，以寡聚核苷酸（不是三磷酸核苷）为底物，在自己携带的分子内模板上，合成出多聚核苷酸。吉伯特指出，RNA酶和蛋白质酶催化反应并无实质性的差别，只是蛋白酶催化反应效率更高、速度更快。并认为进化之初是“RNA的世界”，RNA可以一身二任，既能保存信息，又能提供酶活性，故仅有RNA也足以把早期的进化引向新的阶段。

由于近几年来对RNA的深入研究，目前生物界大多数学者倾向于核酸最先发生。有理由推测，原始的遗传信息大分子就是RNA，它既能作为转译蛋白质的信使，又能作为传种接代的遗传物质基础。可以设想处于萌芽时期的生命是一种极简单又容易形成的大分子体系，随着物种的进化，由RNA演变为DNA和蛋白质构成的复合体，遗传与性状表达两种功能分别由DNA和蛋白质承担。早期的蛋白质起源说以及福克斯的类蛋白微球体生命模型，由于迄今在自然界尚未发现像类病毒（核酸体）那样有生命的类蛋白体，以及至今尚未发现遗传信息从蛋白质流向核酸的例子而退位。生物遗传物质主体最先起源于RNA分子或RNA与蛋白质构成的复合体，尔后向DNA－蛋白质复合体和蛋白质两个方向演变的学说，逐渐为人们接受。