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分子借着自身的“电性”“极性”等物质属性,遵循热力学原理出现“自组织”并不难理解。但同样是分子一旦处于“生命运动”之中,出现的“序”和“结构”等“组织”需求就已然脱离了前面说的物质属性。这个过程中参与了“信息”和“指令”。如何理解生命运动中基于“信息”和“指令”的结构组织和结构维护?
比如目前热的一塌糊涂的3–D基因组的组织和维持,这是个活跃的“动态”过程,如果基于物质属性引发的自组装去理解这个机制是不可能说的通的,任何忽略“信息”和“指令”的解释都难以自洽。
自组织过程中的麦克斯韦“妖”是一个“热力学”机制,但不是“分子生物学机制”。
比如SMC蛋白分子体(SMC,是在对啤酒酵母核型中小染色体第4号染色体在细胞分裂过程不丢失的机制研究过程中发现的蛋白质,因此用英文“Small Chromsome Maintenance”的字头组合而成,由于这类蛋白质普遍存在于包括大肠杆菌在内的微生物到包括人在内的哺乳动物细胞内,而且负责染色体稳定维护,因此“SMC”这三个字母组合被解释为“Structural Maintenance of Chromsome”。大家应该明白这个来历。有人炒作说“男人”会最终消失,因为决定“男性”的基因在Y染色体和啤酒酵母的第4号染色体一样,都是小染色体,因此有人认为会有可能最终消失,因为有SMC等蛋白参与维护所以不会在正常细胞分裂过程中消失。SMC中的Cohensin参与染色体上“着丝粒”的结构维护,而着丝粒中的组蛋白H3变体与负责拆分姐妹染色体的纺锤体中的微管结合)的结构设计及基于这种结构而发挥出的一系列功能性运动,让人总觉得必有一种“智慧安排”。分子生物学领域研究是迄今最难搞清楚的一个领域,这可以透过诺奖中的化学奖和生理学或医学奖更多授予分子生物学发现这个现状得到印证。
上图是参与三维基因组组织和维护的一类SMC蛋白,名字叫“Cohesin”。在染色质(DNA和组蛋白形成的组织结构,由一个个核小体组装而成)水平上就参与组织和维护。这类分子行为很难让人理解只是简单的物质运动。让人觉得特别象智慧设计的一套机制在发力。
如果说“表观遗传修饰”体现的是“环境与基因互做”,那组织成可以执行环境–基因互做的染色体三维结构这个生命的基本结构层次一定是在接受指令之前就已经具备(结构决定功能),而SMC蛋白中的一些分子如Cohesin和Condensin就是这类过程的主角。它们和表观遗传修饰、拓扑异构酶等一道参与三维基因组的组织和维护,同时它们也活跃在DNA复制、重组(特别是减数分裂过程中的同源重组)、双链断裂的重组修复、非同源末端链接、抗体基因拼接(V(D)J重排)等等过程中。我的问题是这类分子是如何诞生的?靠着“投骰子”随机形成的?
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GMT+8, 2024-8-27 14:17
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