螺旋与生命课件

Chapter12螺旋与生命

Asnaturalistshavepointedout,right-handednessisoneofthelawsofnature.Stars（恒星）andtheirplanets（行星）moveandrotatefromrighttoleft.Manusuallyemployshisrighthandratherthanhislefthand,andconsequentlythethingsaroundhim,suchasstaircases,locks,watchsprings,etc.,aremadetobeusedfromrighttoleft.Nownaturegenerallyfollowsthislawforthespiralsonitsshells.Theyareallright-handed,withrareexceptions,andwhenonehappenstofindaspecimenthatisleft-handed,collectorswillpayyouitsweightingold.-----From20,000LeaguesUndertheSea(海底两万里）byJulesVerne在自然界里，隐藏着生命与非生命的一个共同现象，这就是螺旋。自从最早发明螺旋式水泵的阿基米德写出第一部关于螺旋结构的科学著作以来，有关螺旋的奥谜便为人们日益了解并加以应用。有趣的是整个生物界也都存在着螺旋现象。

一、生命中的螺旋现象众所周知，蛋白质、核酸及多糖等是构成生命的主要物质。这些高分子物质按照一定的分子逻辑组成了各种生命活动的物质基础。近代生物学和分子生物学的研究成果向人们展示出：这些生命分子都存在螺旋结构。白质也有α-螺旋。当然目前已发现在蛋白质中除Pauling等最初发现的α-螺旋（-3.613）外，还有310螺旋及π螺旋。至今，绝大多数被测天然蛋白质都是右手α-螺旋。但是Roche与Veerdouw于1978年发现嗜热菌蛋白酶的结晶中存在左手α-螺旋

在核酸研究方面，Watson和Crick在总结了Astbury、Franklin及Wilkins等人的研究成果的基础上，于1953年提出了DNA分子的双螺旋结构模型。这一学说被称之为分子生物学的第一原理。根据他们的学说，DNA分子是右手螺旋体。但在1979年，Rich等正式宣布发现了左手螺旋DNA。至于RNA也同样存在螺旋状结构。

更有甚者，亚细胞器甚至病毒颗粒同样具有螺旋结构。典型的例子就是Finch和Klug等发现的核小体就是有DNA分子缠绕若干组蛋白而形成的螺线管、超螺线管，最后形成染色体。又如细胞的骨架结构—微管也呈螺旋状，并且凡由微管构成的细胞器如鞭毛、纤毛、中心体等均保持着螺旋结构。由此可见，生命中的螺旋现象具有普遍性。

二、

非生命中的螺旋现象

避开人为的螺旋现象不谈，在自然界中存在着十分有趣的螺旋现象。1962年，美国MIT机械工程系主任Sharpiro教授及后来的英国皇家学会的特别会员A.M.比尼博士等发现，位于北半球的澡盆里的水当拨去塞子后，水流出时所产生的旋涡其旋转方向是向左，在南半球则为右。而在赤道则几乎没有旋涡产生。他们把这一现象归结于地球旋转这一自然力的作用。

在浩然的大海里，澎湃的海水一刻也不会安静，它们在不停地环流。科学家们认为，即使是无风之日，海水也同样可以形成旋流。更使人惊讶的是，1982年2月，美国基皮克天文台的天文学家们首先观察到日面上有螺旋型的斑点。从微观的电子到宏观的行星，它们的运动都存在着一个共同的现象—螺旋运动。

溶解于原始海洋中的各种有机物，受到海洋流动力学的作用而聚集在一起。在一定的温度、压力和一些无机物的催化下合成多肽和多核苷酸等大分子有机物，当这些分子链增长到一定数值时，随着海水旋转被“搓”成了螺旋状结构。后者随旋涡运动可相互作用成更大的颗粒。这些颗粒通过吸附作用，集聚其它必须物质便可形成原始生命了。现知蛋白质都是由L-型氨基酸构成。如何解释这一现象？假定在原始海洋中D-、L-型氨基酸形成多肽的机会均等，这样一来，海水中既有D-型氨基酸多肽，又有L-型氨基酸多肽，还有DL-型氨基酸混合多肽（现已知细菌胞壁中的胞壁质就含有L-Ala、D-Glu、L-Lys和D-Ala组成的短肽）。但由于结构的差异，抑或说分子内能高低不等，D-型氨基酸多肽和DL-型氨基酸混合多肽的分子脆性大，在搓成螺旋状的过程中易断裂、分解。这样一来，在蛋白质分子中就找不到D-型氨基酸了，它只能以小肽或游离状态存在。总之，生命中的螺旋现象是自然里作用的结果。它遵守着一条分子经济原则，这就