“生命是蛋白體的存在方式,這種存在方式本質上就在於這些蛋白體的化學組成部分的不斷的自我更新。”
這一段話,是恩格斯於1878年在《反杜林論》中作出的一個著名論斷。這一光輝的論斷,提出了蛋白體是生命的物質基礎,生命是物質運動的特殊形式,是蛋白體的存在方式,而且還指出這種存在方式的本質就是蛋白體與其外部自然界不斷的新陳代謝。
蛋白質?這是一種什麼樣的東西?它在生命中真的有那麼重要嗎?那它又是怎樣存在於生命的過程之中呢?
讓我們先來看看我們身邊的生命世界吧!打破一個生雞蛋,透明的黏稠的蛋清便流淌出來;滴到鍋中的開水中,蛋清很快就煮熟了,變成了細嫩可口的白色的凝固體蛋白,這便是最常見最顯眼的生命的一種蛋白質。在我們人體身上,指甲、毛發、皮膚、肌肉、軟骨等都是蛋白質構成的,動物的毛皮、犄角是由蛋白質堆砌而成的,就連討厭的蜘蛛網、柔軟光亮的蠶絲都離不開蛋白質。一切的動物、植物、微生物病毒等等,一切的細胞內的原生質、蛋白質都是其中的重要成分。在一切的有機生命體裏,和核酸一樣,蛋白質是不可缺少的物質,在活的機體的生命過程中,它構成了生命細胞的骨架,還起著許多重要的生理功能效用,難怪第一次於1838年從生物體內提純了蛋白質的荷蘭化學家米爾德,他給蛋白質取名為protein,在希臘文中原意為“最原初的,第一重要的。”
蛋白質在生命過程中的重要性是很容易證實的,德國著名的生物學家、化學家李比希的對照實驗便極具說服力。他選了兩組實驗動物,一組用普通的飼料喂養,另一組則用除去蛋白質的飼料喂養,結果,前一組動物長得壯壯實實、歡蹦亂跳,而後組動物卻很快死去了。這是為什麼呢?原來生命是離不開蛋白質的,飼料中沒有蛋白質,動物又不能利用飼料中的糖、脂肪等營養成分,來有效地合成它們所必需的蛋白質,於是蛋白質在體內得不到補充,生命之花也就因此而枯萎了。這個實驗,不僅說明了蛋白質在生命過程中的必要性和重要性,還指出食物中必需含有蛋白質這種營養成分來補充生命活動中蛋白質新陳代謝的需要。
李比希以及別的科學家們經過近10年的努力,對生物體和各種蛋白進行了化學成分的分析測定,結果發現與糖和脂肪不同,蛋白質除了含有約50%的碳元素,7%的氫元素,23%的氧元素外,還含有約16%的氮和少量的約23%的硫及少量磷,有的還含有鐵、碘、銅、鋅、鉬等微量的元素成分。這一分析結果,也說明了蛋白質是糖和脂肪等所不能替代的生命物質,因為糖和脂肪等並不具備除了碳、氫、氧之外的別的必需元素。
這些元素的原子並不是隨意地雜亂無章地堆砌起來的。主要的碳、氫、氧、氮、硫等元素,先按一定的方式組成了蛋白質的基本結構單元——氨基酸。
在生物體中發現的氨基酸,有20種常見的不同的R-基團,因而形成了20種常見的氨基酸。就人類而言,人們身體可以自己合成其中的12種常見氨基酸,另外8種則不能自行合成,必須由食物來補充,因而,攝取含有蛋白質的食物,特別是攝取含有多種必需氨基酸營養成分的食物,對身體的健康成長是極為重要的。
生命的蛋白質基石便是由各種氨基酸組合而成的。氨基酸中羧基(—COOH)為尾,氨基(-NH2)為頭,一個氨基酸與另一個氨基酸頭尾相接,形成了一串長長的鏈即肽鏈。蛋白質就是由這些長長的一條或若幹條鏈聯結在一塊兒組成,這些肽鏈通過氫鍵相互纏繞作用,形成了蛋白質獨特的三維立體結構,從而賦予了蛋白質特定的生命活動功能。作為一種天然的高分子物質,蛋白質的分子量最小也有幾萬,大的則有幾十、幾百甚至幾千萬,如有些病毒的蛋白質分子量就達4000萬。這麼高的分子量,便是由為數眾多的氨基酸首尾相接連成肽鏈,再堆砌成特定立體構象而形成的;蛋白質的氨基酸單元數,一般都在500個以上,多的則是成千上萬個。
在這裏,另一個疑問也可以迎刃而解了。像人類這樣的複雜的生命,各種生命結構和生命現象都有對應的蛋白質來體現;這些種類繁多的蛋白質,正是地球上生命種類繁多的物質基礎。正是由於每種蛋白質都是由20種常見氨基酸等結構基元按照不同的排列方式組合而成,蛋白質的可能種類便是數目龐大,足以體現生命過程的複雜性與多樣性了。