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生命启示录–基于自组织之上的再组织的手段

已有 1781 次阅读 2021-11-26 08:53 |个人分类:My Ideas|系统分类:观点评述

   基于物质属性的自组织并不足以“创造”细胞。在自组织之上进行的“再组织”依赖如下几个已经明确的因素:拓扑力。对于线型生物大分子而言,“拓扑”是再组织的第一推动力。包括线型DNA等的细胞内组织的重要前提是相应的分子具有“拓扑学”特征,不具拓扑学特征的任何生命大分子均为“死分子”。

   拓扑学源自数学,已经有专门深入系统的研究,但更高层级的拓扑学规律也无关细胞生命,基于拓扑学特征分子的细胞内再组织是一些“催化”过程,需要一类“工具”的催化或协助。这类分子了解的最多的是结构蛋白和具有自主运动力的AAA+蛋白,以及在此基础上进一步形成的蛋白复合体的“装载蛋白”(Loader)、以及SMC蛋白分子,如Cohesin、Condensin等。这类分子运动的“燃料”是NTP, 常见的是ATP和GTP,但依据“能荷”概念,更多地使用了ATP。66aed7673ae9a146.png

  这使得分子运动和物质的代谢具有了直接的联系,生化代谢一方面“调剂”不同分子的占比,另一方面产生“能量”,而ATP被选择为化学能的“载体”。

   拓扑学特征只是分子的基本属性,让人觉得不可思议的是再组织的工具分子所依附的“规则”或“指令”确实基于分子的拓扑学特征。比如真核生物细胞内染色体中DNA复制起始点的确定。这有别于原核生物细胞在一个特定的序列位点进行的事实,真核生物染色体中的DNA由于较大的分子量和较长的序列使得套用原核生物DNA复制变得不合时宜,于是真核生物充分利用局部DNA的拓扑结构特征,利用一组被称为“Origin Recognition Protein, ORC”的蛋白质识别可以起始复制DNA的位点。这实际上支持了我们把再组织的基础定位于拓扑学结构这个假设。最让人感兴趣的是这个“再组织”是如何协调?如何被指令的?

  与此有关的“信息”被很多人认为来自“表观遗传密码”,即基因与环境的作用,可问题是最初细胞形成的环境与现在和将来的环境是否一致?

  细胞并不是唯一的生命形式,但却是最“完美”的生命形式。再组织所依附的指令的传导方式了较为深入的了解,比如微生物细胞的双信号过程传导、磷酸化链式修饰等等,但目前看来,这些分子过程确实只是“工具”,谁在利用这些工具?image.png

 在人细胞内,一种被称为WAPL(Wings apart -like protein homolog)负责调节“夹子”蛋白Cohesin在“捆绑”姐妹染色体、同源重组(减数分裂和有丝分裂)以及DNA 组装出“风车”中的“叶轮”(DNA Looping)...

由于有关内容寻求有机会以图书形式正式出版的缘故,这里讨论只能算在一些“提醒” ,并不希望以文章的形式把所有的内容和盘托出。其实,聪明人应该已经明白,这里的基于大分子“拓扑特征”,籍用含有AAA+结构域的SMC蛋白工具和能识别特定碱基位点或特定表观遗传修饰标记的结合蛋白如CTCF、MBP等“再组织”,结合磷脂等生物大分子的“自组织”(自组装),自会形成细胞类结构、以及其内呈现的生命运动(如第二个图所示)所必须的结构和组织,这些是细胞生命活性所必需的结构和组织基础。




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