您当前的位置: 首页 >  博客资讯

呵,时光不倒流,熟蛋就不能返生吗?

打破砂锅问到底。

撰文| 李庆超(山东师范大学)

“熟蛋返生”可不可能?

当然可能啊!你看这个鸡蛋哈,你第一次见,“一回生”,再瞅一眼,“两回熟”。完事你把这个鸡蛋还给老母鸡,老母鸡一屁股坐在上面,和其他鸡蛋一起孵。隔天你再去找这个鸡蛋,就不好找了,生疏了,“返生”了呗。

好吧,这里的“熟”是指“把食物烹煮到可口”,也就是经过了一定程度的加热。而“生”是指种鸡蛋具备孵化出小鸡的能力,也就是有生物学功能。那么“返生”就是一个已经加热熟了的鸡蛋,最后“somehow”孵出小鸡了。

这,可能吗?

某同学抢答:“除非时光倒流。”

时间机器的问题交给物理学家研究吧,本文就此话题的生物学实质进行一点点讨论。

图:蛋清和蛋花儿

探讨这个问题咱们首先要熟悉一个概念:变性。

这个蛋,你给它加热~~等会儿,先踩一下刹车。这里的“变性”不是性别转换(Transsexual),也不是医学上的变性(Degeneration),即组织器官从正常功能到低功能或无功能病变,比如视网膜变性等。

这里的“变性”指的是生物化学上的变性(Denaturation),是指蛋白或核酸的天然的二级、三级、四级结构的部分或全部改变,导致生物活性丧失的过程。生命活动的主要承担者――蛋白质或核酸――发挥作用需要保持天然构象(可以通俗理解为结构),而构象改变必然影响其生物活性,剧烈的结构变化会导致功能丧失。

举一个通俗的例子,您手里的手机内部结构使其具备一系列功能,掉地上被车压了一下,它的重量不变、元素含量不变,甚至各个零部件都在,但是功能可能就部分或完全丧失了。能够造成蛋白质或核酸变性的因素非常多,比如酸、碱、有机溶剂、盐离子、高能辐射等,其中最常见的因素就是我们所熟知的加热。

蛋白质变性之后,最直观和常见的现象是溶解性降低:生鸡蛋清可以很轻易的溶解到水里,而加热之后,它就会变白沉淀出来,不能溶解了。而蛋白质变性后最核心、最本质的变化是构象破坏所导致的生物活性丧失。生命活动的主要承担者嗝屁了,生命自然也就终结了。虽然说核酸,特别是DNA,在变性后可能比较容易复性,但是生物的核酸往往不是赤裸的存在,DNA上面结合的蛋白质变性了,照样使DNA难以恢复原有状态。因此,鸡蛋既然煮熟了,它就“变性”了,丧失“生物学功能”,不能孵小鸡了。

图:生鸭血和炒鸭血。事实上,凝血后血液就丧失了其正常功能,加热后更是发生了蛋白质变性过程。

“等等,你说还有‘复性’这回事?”

复性(Renaturation),是指变性的蛋白质或核酸的天然构象重建,以使该分子恢复其原始功能。举个例子,在用大肠杆菌生产胰岛素的过程中,胰岛素原在大肠杆菌内积累后形成包涵体(就是蛋白太多挤成一坨),包涵体是不溶解且不能发挥正常功能的,因此需要通过复性的过程,使其成为具有天然构象的蛋白结构。这个过程往往需要纯化包涵体后在还原条件下变性展开,然后在适宜的溶质浓度(往往用到尿素)条件下重新折叠成为天然构象。

不同蛋白质的复性条件和过程往往差异较大,需要单独摸索,且并不是所有蛋白都能复性成功。往往较小的非跨膜蛋白比较容易复性,甚至有些蛋白复性能力太强,给生物学研究和卫生带来困扰――比如RNA酶就很难通过水中加热的方法去除,而朊病毒蛋白具有超强的耐热和抗变性能力,给污染治理带来困难。

图:血红蛋白的结构。每一个蛋白质就是一个精妙的分子机器,发挥特定生物学功能

“我把鸡蛋的所有蛋白都复性了,鸡蛋不就返生了吗?”

一辆车有上万个零件,每个零件都好使的情况下,凑到一起就能开吗?

并不能。需要组装成有机整体才可以(我有些可爱的学生,没有360就不知道从哪里打开U盘)。一个细胞有上千种蛋白质、上万个基因,有复杂的DNA折叠封装体系(染色质),还有胞内区室化膜结构(有膜细胞器)、细胞骨架、细胞膜、胞外基质等等等等。其中膜结构(脂质双分子层)相对来说比蛋白质更脆弱。比如细胞冻存过程中,需要注意的一条就是避免冰晶产生所导致的膜结构破坏。

“那我发明一个超级3D打印机,按照生鸡蛋的分子结构打印一个鸡蛋!”

这个思路听起来很科幻,但的确是生物学发展的一个方向哦。

设想一下,我们培养各种细胞,然后按照组织器官的结构来用细胞打印一个器官,完事儿就可以用于器官移植了。注意,这里的材料是细胞,而不是分子或原子。细胞是生命活动的基本单位,如果想以分子或原子作为材料,打印一个活细胞,嗯,您还是考虑发明时光机器吧。您会修车不代表会造车不是?况且细胞的产生可远比造车复杂得多。

生物学家普遍认为,生物只能源于生物,非生命物质绝对不能随时自发地产生新生命,这就是生源论“Biogenesis”,即便是合成生物学,也是在已有的生物实体上进行改造的。

听说,回答“能”的那个人已经接到警方通知要求配合调查了。