神异的驱动蛋白

kinesin

 “生物机器人”让人难以置信

作者: Calvin Smith    原文见http://creation.com/incredible-kinesin    翻译: 至愚

驱动蛋白分子是活体内的发现的“马达蛋白”。被称为“细胞的劳动力”,它们沿着被叫做微管的细胞内通路拖拉重要的物品。斯坦福大学应用物理学和生物科学教授史蒂芬 ∙ 鲍科(Steven Block)曾这样形容它:“驱动蛋白的功能像一个火车头在细胞内来回运送货物。”[1]
一个典型的驱动蛋白分子仅700亿分之一米长(三百万分之一英寸),其形状与人惊人地相似!它的一端有两只“手”拿住货物,而另一端有两条“腿”沿着微管行走,把货物拉到最终目的地。从某种意义上说,它们就像“邮递员”在细胞内传递邮件。

生物机器人?
凡是有细胞核的生物(真核生物),其细胞内所有的结构,如蛋白质和其他部件,都必须在特定的时间,传递到细胞内特定的地方。如果所需要的部分是蛋白质,制造厂(称为核糖体)从细胞核获得图样,(原信息存储在细胞核中的DNA链上,所需要的部份被复制成RNA图样发送。)
   这是个复杂的协调作用过程,首先必须造访这个细胞核的DNA库,到特定位置去开启所需要的特定信息(无论要制造的是什么部件),然后制作该部分信息的拷贝并运送到制造厂。
   继而,细胞中的另一个细胞器(称为高尔基体)把这个拷贝包装在一个包裹里(称为泡),并在包裹的表面标记接收处的“地址”。
接着,受到传唤的驱动蛋白携带包裹,沿着细胞微管道路,送到所需要的地方去。(已发现有许多种不同特点和功能的驱动蛋白—包括驱动蛋白相关蛋白,从酵母到人类的各种生物都有发现,而上面的只是一个“普通”的任务的例子)

从大处理解

要认识科学家们所观察到的动蛋白的复杂性,我们可以从一个比较熟悉的角度来理解,请设想如下的情景:
“乔”先生的机器在工作时坏了,乔查出损坏的部件,他用手机向本地制造厂发出请求,并给了他们损坏的部件编号,要求提供一个新配件。
厂方接受了乔的要求,记录了乔的地址。厂方有一份他们生产的所有配件的编号清单,却没有制造它们的图纸。于是,厂方发电邮给另一家公司(该公司有一整套蓝图,函盖同业所需的所有部件),要求从这公司得到图样。这公司的人就复印了所需配件的图样,发送给制造厂。
按图样的说明,工厂生产了该部件,打包,并标上数据库中的邮政地址。快递人员接上了头,来到工厂,取了包裹。他手上有详细的城市地图,沿着最便捷的路线,传送了包裹,任务完成!
面对以上所描述的复杂程度,大多数人会啧啧称奇。这样复杂的手续,需要的技术和整合能力(如专业知识,通信系统,制造能力,和数据库)是相当的精细复杂,协调每个步骤都要求有智慧的人。然而,驱动蛋白所参与的实际过程,要比“乔”的上述经历复杂得多。

多面手

这已经令人难以置信了,然而研究显示,驱动蛋白所做的远远超过人们最初的想像。目前已知:驱动蛋白参与有丝分裂(细胞分裂)和减数分裂(细胞核分为四个子核的细胞分裂——产生生殖细胞)。除了运送细胞内“平常”的货物,神经元彼此交流信息所需的神经递质,也是由驱动蛋白运输的。
在结束传送过程后,某些驱动蛋白会拆除微管。在细胞分裂时,控制微管的长度特别重要。[2]  缺乏控制的细胞分裂,可能会导致染色体的不稳定性,这又与人类肿瘤有关。[3]
马蒂亚斯 ∙ 瑞夫(Matthias Rief, 来自慕尼黑科技大学物理系)教授说,“我们的结果表明,分子马达如果要在细胞内成功地运作,除了简单的交通运输之外,必须承担大量其他的功能。马达的开关必须能够切换,必须能够在特定位置接受负载,并把它交给目的地。[4]

快速高效

这些匪夷所思的驱动蛋白“机器人” 不仅能执行多种任务,同样不可思议的是它们的效率!让我们来看看这些先进的特点:

功率——“尽管它是微小的,驱动蛋白马达却有约50%的效率,大约是汽油发动机的两倍。按重量比,驱动蛋白产生的功率比人造马达多了近15倍。”[5]

高速——“驱动蛋白马达让人印象深刻的是速度快,能够每秒行100步。若是把驱动蛋白放大到我们的尺度,一个有类似功能的马达,按单位重量产生的速度和马力,会与最近突破音障的斯拉斯特(Thrust)超音速汽车的喷气式引擎相当”[6], [7] (这相当于一个人每秒移动600米,或每小时1300英里!)

节能——驱动蛋白由通用能量化合物“ATP”提供能量(ATP由另一个神奇的“分子马达”ATP合酶制造,请参阅【ATP合酶:宏伟的分子机器—大师的杰作】一文)。 驱动蛋白每获得一个ATP “燃料”分子,这个“邮递员”就会准确地向前迈出8纳米的一步。当没有加载货物时,驱动蛋白则进入“睡眠状态”以防ATP被浪废。如同现代计算机暂停使用时会关机而节约能源一样,驱动蛋白也具有休眠功能。(虽然科学家知道,该马达在休眠时会折叠成“自动抑制”[8] 状态, 但其分子机制仍不清楚。)

团队精神——当工作艰巨时,多个驱动蛋白分子会合力工作。如果所需的运输负荷,对一个“邮递员”过重的话,有“明显的证据表明,细胞内的货物有多个马达运输。”[9]
它们还会将货物进行“多重转手”。像接力赛跑的运动员一样,驱动蛋白运行了一定的距离后,可以把货物传交给另一位“等待者”,由后者继续完成传送过程。

灵活安排——驱动蛋白有“绕行模式”功能,能够绕过可能遇到的障碍物。它们有类似于GPS系统“重新计算”的非凡能力,在需要时会自动改换路线。

回收——对于驱动蛋白的节约和循环利用能力,最热衷于“绿色”运动的冠军也会妒忌的。有充分证据表明:它们或者通过大型运输器械(如在城市的公交系统)分组运品回细胞中心;或者在完成任务时拆缷,将部件回收。[10]

自然主义作茧自缚

当然,这样惊人的复杂生物技术呼喊着“设计”,但在科学文献中描述这些叹为观止的的机器和流程时,神得到荣耀吗?没有!荣耀归于“自然”:
“令人感叹的是, 不知道‘自然’是如何将多重功能集合于一个分子的,在这方面,它仍然是远远优于现代纳米技术所有的努力,也是我们所有人的一个很好的榜样。”[11]

当科学展示如此有力的证据,显明上帝的大能时,为何智慧的人看到证据,却否认造物主?这当然是因为西方社会大多数人所受到的无神进化论的灌输。无神论自囿于自然主义,斯科特 · 托德(Scott Todd)博士(美国堪萨斯州立大学的免疫学家)说:“即使所有的数据都指向一个聪明的设计师,科学仍要排斥这样的假设,因为它是非自然的”。(对于过去许多敬畏神的伟大的科学家,例如艾萨克 · 牛顿爵士及路易 · 巴斯德,这会是令人吃惊的消息)。

当然,按照进化论,真核细胞的出现应在二十亿年前。[12]  这意味着的进化论者愿意相信,这种鬼斧神工的复杂技术,如分子马达及其操作系统,产生于他们虚拟的时间表初期的自然过程(与智慧无关)。但是,迄今为止,这种技术远远优于在这个星球上最聪明的科学脑袋所造的任何产品!

进化论能解释我们的起源吗?

布洛克说:“细胞水平上的运动是生命的一个标志。”“一个根本的问题是,生物体怎么知道如何运动?答案是,它们开发了驱动蛋白和其他一些非常有效的蛋白机器。如果驱动蛋白完全失效,你甚至不会活到胚胎阶段,因为你的细胞就无法生存,它就是这么重要!”[13]

对于像驱动蛋白(及所需的操作和通信系统)这样的复杂的事情,如何能有一个逐渐的进化方式,进化论者没有看似合理的理论解释(更不必说我们所知的、所谓“简单”生物的无数其它功能和特性)。

然而,在我们的日常工作生活中,当看到类似的机器和操作系统(机器人,计算机,互联网等)时,它们总是有智能的、有目的的设计成果。要相信我们所能理解的终极意志(圣经中的造物主上帝)在我们体内和我们周围的世界里,创造了一切神奇的机器,岂不是更符合逻辑吗?

From : http://creation.com/incredible-kinesin

参考文献


[1] Charles L. Asbury, Adrian N. Fehr, Steven M. Block, Kinesin Moves by an Asymmetric Hand-Over-Hand Mechanism, Stanford News Service, 12/5/03; http://news.stanford.edu/pr/03/kinesinproof1210.html.

[2] Carsten Peters, Katjuša Brejc, Lisa Belmont, Andrew J Bodey, Yan Lee, Ming Yu, Jun Guo, Roman Sakowicz, James Hartman and Carolyn A Moores, Insight into the molecular mechanism of the multitasking kinesin-8 motor, Nature.com, The EMBO Journal (2010) 29, Published online: 3 September 2010; http://www.nature.com/emboj/journal/v29/n20/full/emboj2010220a.html#B27#B27.

[3] 同 2

[4] Motor Molecules Use Random Walks To Make Deliveries In Living Cells, Science Daily, July 21, 2009; http://www.sciencedaily.com/releases/2010/05/100521191233.htm.

[5] Karl Leif Bates, Molecular Motors-Nature uses tiny nano-machines that could work miracles if we learn how to build them, Michigan Today, 2004; http://michigantoday.umich.edu/04/Fall04/story.html?molecular.

[6] Thrust SSC 保持着全世界最高陆地速度记录。该记录创立于1997年10月15日,车速为每小时1228公里(763英里),成为正式突破音障的第一部汽车。

[7] Block, S.M., Kinesin: What Gives? Cell 93:5–8, 1998;

http://www.stanford.edu/group/blocklab/Block-CellReview.pdf.

[8] Hung Yi Kristal Kaan, David D. Hackney, Frank Kozielski, The Structure of the Kinesin-1 Motor-Tail Complex Reveals the Mechanism of Autoinhibition, Science 333(6044):883–885, 2011; http://www.sciencemag.org/content/333/6044/883.abstract?sid=2d228367-9b77-4148-baad-1c876ee0924f.

[9] Erickson RP, Jia Z, Gross SP, Yu CC, The National Center for Biotechnology Information, Department of Physics and Astronomy, University of California, Irvine, California, USA, May 2011; http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21573204.

[10] Braulio Gutierrez-Medina, Bason Clancy, Nick Guydosh, Johan Andreasson, Kinesin: an ATPase that steps along microtubules; http://www.stanford.edu/group/blocklab/kinesin/kinesin.html.

[11] 同5

[12] Michael Marshall, Timeline: The evolution of life, New Scientist-Life, 14 July 2009; http://www.newscientist.com/article/dn17453-timeline-the-evolution-of-life.html.

[13] 同1

Advertisements

请反馈

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / 更改 )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / 更改 )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / 更改 )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / 更改 )

Connecting to %s