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现在所有的生命,还共享一系列基础代谢反应,这一系列反应的中心是一个循环反应,那就是著名的克氏循环(或称三羧酸循环),由德国的诺贝尔生理医学奖得主汉斯·克雷布斯爵士(SirHansKrebs)发现,在20世纪30年代逃离纳粹德国后,他在英国谢菲尔德大学首次阐明了这个反应。
克氏循环在生物化学里极为神圣,但是对一代又一代的学生来讲,却是所有老掉牙的故事中最糟糕的那个,死记硬背只为应付考试,考完之后就一忘皆光。
不过克氏循环还是有象征性意义的。
在生物化学系杂乱的办公室里,桌上堆满一摞摞经年累月未清理的书籍与论文,多到堆在地上或装满箱子,但你一定会看到墙上钉着一张褪色翻烂了的生化代谢反应图表。
当你在等待教授回来的时候,会怀着忐忑又迷恋的心情研究这张图表。
图表复杂得惊人,活像疯子画的地下管线图。
图上有许多小箭头指往各个方向,有些又绕回来,彼此交错。
虽然图褪色了,不过你还是可以看出,很多箭头用颜色来区分它们的代谢路径,比如说蛋白质是红色的,脂质是绿色的。
往图表最下方看,你会感觉这里似乎是一切混乱箭头的中心,这里有一个圆圈,或许是整张图上唯一的圆圈,唯一有秩序的地方。
这个圈,就是克氏循环。
随着你慢慢研究这张图表,你会发现似乎所有的箭头都从克氏循环发散出去,像自行车轮子的辐条一般。
这里是一切的中心,是所有细胞最基础的代谢反应。
现在克氏循环没有那么老掉牙了,因为最近的医学研究显示,克氏循环不只是生物化学的中心,也是细胞生理学的中心。
当这个循环的速度改变时,它会影响细胞的一切,从衰老、癌症到细胞动力。
不过另一个更让人惊讶的发现是,克氏循环是可逆的。
通常克氏循环消耗从食物中得到的有机分子,然后释放出氢(最终和呼吸作用中的氧气反应)和二氧化碳。
也就是说,克氏循环不只提供代谢反应的前体,它还附带提供生产ATP所需的氢。
然而当循环逆向进行时,它会吸入二氧化碳和氢来形成新的有机分子——构建生命所需的材料。
而此时它也从ATP的生产者变成消耗者。
当我们提供ATP、二氧化碳和氢气时,这个循环会如同变魔术般产出生命建材。
逆向的克氏循环并不常见,即使在细菌界也很少见,但是对海底热泉区的细菌来说就比较常见。
它虽然原始,却是把氢和二氧化碳变成生命建材的极为重要的方式。
前耶鲁大学的生物化学先驱哈罗德·莫罗维茨(HaroldNorowitz,现在任教于美国弗吉尼亚州费尔法克斯郡克拉斯诺高级研究所),曾经花了好几年的时间,梳理逆向克氏循环的特质。
简单来说,他的研究结果就是,只要各种成分浓度足够,这个循环就会自己动起来。
这其实是最基本的化学原理,只要化学反应的中间产物浓度足够,它自然会进行下一步。
在所有可能的有机分子里面,组成克氏循环的那些是最稳定的,因此也最有可能率先合成。
换句话说,基因并没有“发明”
克氏循环,克氏循环只是化学概率和热力学的产物。
基因后来才出现,它仅仅是在指挥一段已经存在的旋律,就好像乐团指挥只是负责诠释乐曲,如节奏、细节等部分,但乐曲本身跟指挥无关。
这个乐章早就写好,这是大地的乐章。
上面所谈的东西,都还需要实验去证明,而大部分实验都还没做。
不过要想让这一切成为现实,都需要稳定供应神奇的分子——ATP。
谈到此,你可能会觉得我们的进度有点太快了,还没学会走就想跑。
要上哪里去找ATP分子?关于这个问题,我觉得比尔·马丁(BillMartin)的答案最有说服力。
马丁是一位极聪明且以敢言著称的美国生物化学家,现在任德国杜塞尔多夫大学的植物学教授。
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