揭开蛋白质是否带电之谜？

                    Mystery of protein is charged?

                    ------三议生物学难题与麦克斯韦电磁理论的关联

                       小宇宙内的天线概念来自哪里？

   在宏观宇宙，天线已是人所共知的事，天线应用与人体已是零距离。在人体内有无天线呢？从生物学文献和天线著作中，笔者发现小宇宙内已“有天线”论述。

  1. 由瑞士和德国科学家组成的研究小组曾开发出一种新的光基因学工具，设计出作为门控的光激活蛋白，让特定信号进入特定细胞。也就是保留目标细胞的自然信号路径，只是修改它，让它能接收光，而不需要前面神经元释放的神经递质。研究人员制作出一种嵌合感光蛋白（Opto-mGluR6），由黑视素（视网膜感光色素）的感光区和ON-双极细胞代谢型谷氨酸受体（mGluR6）拼成。黑视素的“光天线”能抵抗褪色，无论光照射的频率多高，强度多大，嵌合蛋白的反应力度也不会减弱。而mGluR6是化学受体，将其变成光激活受体后，能保证高度的光敏性和快速的“正常”响应性。Opto-mGluR6由两种自体视网膜蛋白组成。【1】

科技日报总编辑圈点： 对那些感光受体退化性的眼病患者来说，就像慢慢丢失像素的数码相机一样，不仅逐渐看不到光明，且自身承受着巨大的痛苦。这项新的研究就好比当小鼠的光开关感受到光时，重新打开离子通道、激活视网膜细胞，从而恢复失明小鼠的感光性，该治疗方法未来也可能帮助失明的人类来恢复一部分的感光性。

笔者从这一研究报道中发现以下问题：

1.）瑞士和德国研究团队是将嵌合感光蛋白看成接收光波受体，而且提出“光天线”概念，这种蛋白是不是天线？如果是天线，它接收光波，能否解决病人色感问题？从报道叙述中看出嵌合蛋白响应与波长、光强“无关”。有宽带特性。

2.）总编圈点却理解偏了，视网膜不是相机感光成像受体。因为光天线概念一旦确立，就否定了传统说法“人眼是相机”。原文是指研究者想到天线概念，不是离子通道，也不是相机感光概念。关键是研究者能否做成天线！

3.）“光天线”概念成立，就意味着视感系统有无线传输存在，决不是重新打开离子通道、激活视网膜细胞，按有线传输的思维模式。这是专业视角不同，理解问题形成差异的原因。

   2.来自西班牙研究团队发现：细胞之间如何协作？这是生物学家的观点，认为在多细胞有机体的细胞交流中，既存在传递信息的分子，也有类似“天线”的蛋白质, 从细胞表面接收外部信号。这类特殊蛋白质被称为受体，按功能不同，可分为三类：

第一类位于细胞膜上，为钙离子、钠离子和氯离子等打开或者关闭通道；

第二类也位于细胞膜上，是由蛋白质组成的酶分子，它可以与配基结合，通过化学反应，产生如信号发射器般的分子；

第三类是G蛋白偶联受体。它们会干涉细胞的交流过程以及对环境刺激的感觉。它们接收到的信号中有激素、神经递质、离子等。

   这种观点与上述观点的共同点是认为有无线传输的天线存在。一种可能是某种蛋白作为无线传输的受体。不同点是：增加“细胞膜上”有天线功能。【3】

从天线专业角度无法理解这一说法。其原因是：无法了解多细胞状态，包括形状、空间分布、间距、细胞与什么连结。对人体不同部位的细胞不能看成一种电磁环境。如果人体视觉感官有天线，其它部位也会有天线，但天线型式及工作机理不会相同。

   3.天线专家钟顺时先生在他的著作中已明确指出：人眼中有天线。人眼不是照相机。【2】

   应当指出：非主流研究团队研究方向，指向无线传输，不受关注。主流学术团队都去关注神经回路，却解不开大脑之谜，应该反思！

               为什么生物学难题与电磁理论有关联？

难题一.看得见细胞排列有序，找不到磁场！

   找到负责触发这些神经元的磁受体，就像大海捞针一样困难。没有明确的感觉器官可供解剖，而磁场总是在无形之中扫过整个身体。“受体可能在你的左脚趾里。”美国加州理工学院地球物理学家Joe Kirschvink说。

   生物学家对细胞排列很关注。有的认为细胞自己能识别方向；有的认为是细胞有平面极性；有的认为生物体有磁性物质；有的认为是地球磁场的影响。众说纷云，都来自顶级期刊。笔者也作过讨论，不累述。奇怪的是：如果生物学家意识到地球上的生物都离不开交变电磁场，为什么不关联在一起研究？

   请注意北大研究团队指出：提出了一个基于蛋白质的生物指南针模型（Biocompass model）。该模型认为，存在一个铁结合蛋白作为磁感应受体（Magnetoreceptor，MagR），该蛋白通过线性多聚化组装，形成了一个棒状的蛋白质复合物（Magnetosensor），就像一个小磁棒一样有南北极，通过MPMS综合物性测量系统对该MagR受体的微弱磁性进行了检测。【4】

难题二.看得见细胞间隙连接，却未说清蛋白质是怎样形成连结！

   间隙连接是动物细胞中通过连接子(connexons)进行的细胞间连接。这是早先对间隙连接的定义。这是被认为细胞间通讯的连结通道。（见百度词条“间隙连结”）。

所谓“间隙”,有两层含义,其一是在间隙连接处, 相邻细胞质膜间有2～3nm的间隙;其二是在间隙连接的连接点处,双脂层并不直接相连, 而是由两个连接子对接形成通道，允许小分子的物质直接通过这种间隙通道从一个细胞流向另一个细胞。

   连接子是一种跨膜蛋白。每个连接子由4个或6个相同或相似的连接蛋白(connexon)亚基环绕中央形成孔径为1.5～2nm的水性通道；相邻两细胞分别用各自的连接子相互对接形成细胞间的通道，允许分子量在1200道尔顿以下的分子通过。不同组织来源的连接子的分子量大小有很大差别,最小的为24,000,最大的可达46,000道尔顿。连接子的大小虽然不同,但所有的连接子结构相同:都有4个α螺旋的跨膜区和一个细胞质连接环。

应当指出的是，文【4】的三位专家对间隙连接新的研究结果表明：

   科学家发现在相邻细胞的细胞膜上，各有一块大而扁平的斑块结构，紧贴在一起，在这些连结处，细胞间隙很小，只有几纳米，间隙不是空的，里面填满了。

   研究者发现两细胞靠近时，相互协作完成，产生的扁平斑块结构扩张和成熟。细胞间通过的电流也随之增加。形成的这间隙通道内充满了颗粒大的粒子。每个间隙通道都有结合素蛋白分子构成。这种间隙连接不是永久性结构。存在时间不长，经过不断拆卸和组装。两个小时会替换一次。一天时间内，人的心脏所有间隙连结却会全部更换一次。

C*43是分布最广的结合素蛋白，多器官都有。包括皮肤、心脏、大脑、肺和骨头。它由四个跨膜片段组成。这些片段将整个蛋白质锚定在细胞膜上。蛋白质尾巴挂在细胞内部，包含几个元件，研究者发现这些部分参与了蛋白质活性调节和通道及间隙连接的组装。蛋白质形成两个环状结构，伸进两个细胞间隙处。

笔者感到奇怪的是：这间隙连接又与结合素蛋白紧密关联，生物学家解释间隙连结是因为结合素蛋白有环状结构形成。这种说法使我心中疑惑，是“谁”让环状结构连结上？生物学家应该回答这一问题！研究者又提出用一种抗体阻碍了间隙连结。为什么这种抗体能阻止连接？是什么力导致这一连接？

   间隙连接除了连接作用外, 还能在细胞间形成电偶联(electrical coupling)和代谢偶联(metabolic coupling)。电偶联在神经冲动信息传递过程中起重要作用。代谢偶联可使小分子代谢物和信号分子通过间隙连接形成的水性通道, 从一个细胞到另一个细胞。如cAMP和Ca2+等可通过间隙连接从一个细胞进入到相邻细胞, 因此,只要有部分细胞接受信号分子的作用,可使整个细胞群发生反应。这一段叙述让我思考这电偶联，实际上应译为“电耦合”。在电磁理论中，常见的概念“电磁耦合”。这里忽略了磁场效应，如果生物学家运用电磁理论，这里的间隙连结就是电磁理论中常见的“电磁耦合”。这“电磁耦合”又与蛋白质关联在一起。这里所述的蛋白质与北大的磁性“第六感”说的蛋白质不同，但都是蛋白质。

难题三.神经元为什么放电？为什么不研究实体放电，却关注虚拟的神经回路？

   生物学家早就发现细胞内神经元会放电。为什么放电？因为有电位差。为什么有电位差？不知道。无人回答。物理学家认为细胞在运动，是力所致。提出两种力的模型。这力是什么能量所致？解释为化学能！为什么不考虑电磁场作用形成的力呢？是没有电磁场存在吗？显然不是。

   不在生物体内研究神经元放电，却用微电极引出，显示在电脑上，变成了神经回路。这是细胞通讯回路吗？万亿细胞如何绘制“电路图”！奇怪的是提出位置细胞、角度细胞、速度细胞。如此分类，如此研究方法真的没有问题吗？明明没有找到无线传输通道，却提出GPS导航说。这确实让人不能理解。

难题四.有些生物学家已意识到“天线”概念，意识到无线传输的存在，却看不见天线是什么！

   多细胞协同工作，如果用神经网络解释，必须找到不同层面神经回路连结方式。还应找到不同脑区神经回路的连结方式。用微电极植入大脑，映射神经元回路连结是不能实现的。大宇宙中复杂电子系统的连结，都包括有线传输和无线传输。而有线传输方式就有好多种：电线、电缆、波导、带线就有好多种。而无线传输也与波长、调制、编码等多因素关联，天线型式也不同。多细胞协同工作，单靠神经元放电的有线传输怎能保证同步运行。

在视觉感官，视杆细胞有1.2亿个，怎样同步运行？这么多细胞靠什么平行排列，被嵌在视网膜中。光波透过晶体、玻璃体后被视细胞接收，是交变电磁场作用，不会只有电流通道。

难题五.镜像神经元是生物学研究热点，

   镜像神经元说法多种，有的专业人士甚至认为是伪科学。

   近年来，镜像神经元是认知神经科学领域最重要的发现之一。科学家们推测，这一系统提供了知觉—行为耦合的生理学机制，在行为模仿和语言能力获得方面有着重要的作用。—些研究者甚至推测，镜像神经元系统使个体能够通过观察对他者的心理活动进行解读。还有学者提出，镜像神经元系统的损伤是认知疾病（如自闭症）的神经基础。然而，迄今为止，尚没有广为接受的神经或计算模型来描述镜像神经元是如何支撑模仿等认知功能的。[5]

   在电磁理论中，镜像天线概念是很普遍的。在分析中也常遇到。笔者对视细胞功能解读，提出单极天线和单锥天线就含有镜像概念。

                           蛋白质是否带电？

   笔者发现上述难题中，关键点都与蛋白质有关！而这些难题又与电磁理论有关联。我们研究脑科学既要研究脑结构，还要了解其功能。我们想了解细胞之间通讯的语言，还要知道从微观层面到宏观层面的链接，弄清其工作机理。

诸多信息传输都与蛋白质有关，尽管在不同器官，蛋白质是不相同，生物学家分别给他们命名。笔者关心的是蛋白质带不带电？如果有的蛋白质带电，这时蛋白质在交变电磁场中会受到影响，同性电相斥，异性电相吸。会有力的推动。如果能观察到带电粒子或带电蛋白质的移动，就可寻找交变电磁场的存在。另外，也可外加电磁场，观察其影响。

细胞内神经元放电，说明细胞内有电。细胞结构复杂，如何观察细胞内带电微细粒子、蛋白质的极性，需要观测工具。目前微电极不能给出带电微细粒子的正负极性。破解这一谜团，不能用它发掘无线传输通道。                

                   如何理解两种论述？

   文【6】指出：有些细胞释放激素，通过血液传输信息，又远又广；有些细胞释放神经递质，在神经元之间传递信号。所有细胞都可以通过多种分布、多种形式通道与邻近细胞发生联系。

   文【5】指出：人脑约有1000亿个神经元，每一个神经元会通过突触和其他约1000个神经元进行信息传递，神经元之间构成各种功能特异的神经环路，通过各种神经递质及其受体传递信息：产生心理活动和控制行为。在从分子、细胞水平到系统和整体水平上揭示大脑认知功能的工作原理，是目前脑与认知科学的研究发展方向。

我们研究大脑，解开大脑之谜，是靠神经元放电的神经回路行吗？

   段树民【7】认为：“构建”人脑连接图谱依然面临挑战.“脑连接图谱的研究是当前脑科学研究的热点和难点。”目前，在分子细胞水平上，脑工作机理的研究做得不错，但是分子细胞水平解释不了大脑是如何工作的。要真正解释脑产生各种复杂功能的关键机理，还有赖于我们对脑在网络水平上的工作机理的理解。这里所说的网络水平是什么含义？是神经元放电引出的神经网络还是包含多种分布、多种形式的通道与邻近细胞发生联系？两种论述有无差异？笔者认为差异颇大！

   如果能确定细胞间有无线传输，有天线的存在，电磁理论就是生物学最好的理论！下面的论述就会有答案。

   神经科学面临的第一个大问题，是目前我们还没有关于脑如何工作的真正的理论假设。我们并不清楚信息在脑内是怎样被处理的、存储的、提取的，运动指令是如何产生并执行的，如何思考、产生情感和同情心。因此，必须整合分子细胞、突触、系统和心理等水平的研究，而目前无论知识还是技术均还未足够成熟到整合所有这些功能层次的程度。【5】

                       参考文献

[1]“光基因学新工具有望治疗感光受体退化性眼病患者”，科技日报，2015年5月12日。

[2]钟顺时编著，天线理论与技术， -2 版．一北京：电子工业出版社，2015.1。P186-196.（国防电子信息技术丛书）。

[3]西班牙版，细胞如何协作。译／蒋慧桢，《环球科学》，2016年4月号，总第124期。

[4]MPMS协助北大谢灿课题组发现磁感应蛋白：或揭开“第六感”之谜，仪器信息网 2016/03/31

[5]未来 10 年中国学科发展战略，脑与认知科学／国家自然科学基金委员会，中国科学院编，一北京：科学出版社，2011.

[6]戴尔.W.莱尔德，保罗.D.兰普，罗斯.G.约翰逊，“解读细胞语言”，环球科学，2015年第7期。

[7]崔雪芹,段树民：“构建”人脑连接图谱依然面临挑战, 来源：中国科学报,2016/6/4.