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天使開天

第八十八章 物理學武術10

天使開天 科技終極者 3137 2025-04-20 01:07:43

  在《造化弄人》里,彗星提及的“借助特定蛋白質餓死癌細胞”這一醫學概念,被籠統地稱為“基因療法”,這種表述其實并不準確。

  其實嚴格來講,這種借助特定蛋白質,通過抑制癌細胞營養攝取等途徑來“餓死”癌細胞的醫學技術,應被稱為“靶向代謝療法”或者“蛋白質阻斷療法”。

  盡管這部影視作品并沒有對此概念展開過詳細的闡釋,但孩子們卻通過母親的講解,大致明白了一些其中的基本原理。

  具體來說,在《造化弄人》中,彗星之所以只需對舞龍做個簡單的基因測試,就能分辨出他體內哪些細胞是“健康細胞”,哪些又是攜帶癌變基因的“癌細胞”,這是因為人體細胞都攜帶遺傳信息(基因),而正常細胞與癌細胞在基因層面存在差異。

  基因測試技術恰好能夠檢測細胞內的基因序列以及表達狀況。

  例如:在肝癌中,特定的基因變異,如TERT啟動子的突變、CTNNB1(編碼β- catenin蛋白)突變、TP53抑癌基因的失活或缺失,以及AXIN1基因的突變等,這些基因變異可作為識別肝癌細胞的分子標志物。

  此外,肝癌中還可能涉及ARID1A、ARID2等染色質重塑基因的突變,以及NFE2L2等氧化應激相關基因的異常,這些分子改變在肝癌的發生、發展中發揮重要作用,并可作為潛在的診斷和治療靶點。

  特定蛋白質的作用機制猶如為癌細胞量身定制的“絕食計劃”,它們既能阻斷癌細胞獲取葡萄糖、氨基酸等營養物質的途徑;又能通過抑制血管內皮生長因子(VEGF)來切斷腫瘤血管生成,最終觸發癌細胞凋亡程序,從而達成彗星所說的“餓死”癌細胞的效果。

  畢竟,人類及所有動物體內的抗體,都是由蛋白質組成的。

  蛋白質作為構成生命的基本要素,是生物體內最重要的有機大分子之一,其主要承擔著結構支撐、物質運輸、催化反應、信息傳遞、免疫防御等多重職責。此外,它還參與細胞膜的構建、酶促反應的進行、肌肉的收縮以及神經信號的傳遞等。

  簡而言之,抗體作為免疫系統產生的一種特殊蛋白質,能夠識別并結合外來病原體,從而啟動免疫應答,保護生命免受侵害。因此,若沒有蛋白質,動物體內的免疫系統將如同失去武器的戰士,難以抵御外來侵犯。

  不僅如此,蛋白質還具備身體修復和維持正常生理的功能。

  當細胞受到損傷時,如:被外界病毒、細菌侵襲,或是因內部代謝紊亂產生有害物質導致結構破壞,多種蛋白質(包括酶、結構蛋白、信號蛋白等)會協同作用,它們如同訓練有素的微型醫療團隊般,參與到細胞的修復和再生過程中,通過DNA修復、蛋白質折疊修復等機制來恢復細胞的正常功能。

  尤其是根據個人基因信息制造的特定蛋白質,在理論上猶如為每個人量身定制的“超級修復劑”。

  它不僅能具備快速填補細胞損傷部位以及激活細胞內修復信號通路的能力,還能快速助力細胞恢復正常的生理功能。

  因為每個人的基因都是獨一無二的,特定蛋白質猶如專為個人打造的“超級裝備”,能夠精準地識別細胞損傷的類型和程度,就像擁有高精度掃描儀一樣,不放過任何一個細微的損傷點。

  組成蛋白質的基本單元叫氨基酸,而氨基酸的基本元件則是更簡單的原子(碳C、氫H、氧O、氮N等)。

  以最簡單的氨基酸(甘氨酸)為例,它的分子式為C?H?NO?,化學結構為α-氨基乙酸,是由2個碳+ 5個氫+ 2個氧+ 1個氮所直接組成。

  換句話,簡單地說,如果把生物體中的蛋白質比作一棟大樓,那氨基酸就相當于磚塊,而組成磚塊的“基本單元”則類似于泥土(原子)和燒制工藝(代謝途徑)等。

  說起人工化學合成蛋白質,早在1963年時,那時的生物醫學人工化學合成蛋白質領域,主要依賴于固相肽合成法(SPPS)。

  該技術主要是通過共價鍵將起始氨基酸的羧基端固定于不溶性樹脂載體,形成可延伸的鏈起點,隨后以氨基端為反應位點,在自動化合成儀的精密控制下,循環執行活化氨基酸的偶聯反應與保護基團的脫除步驟。每個循環通過交替進行偶聯-脫保護操作,逐步延伸多肽鏈長度,最終經純化及體外折疊形成具有生物活性的功能蛋白質。

  然而,傳統的SPPS技術存在顯著效率瓶頸。盡管自動化設備將單循環時間從2-6小時壓縮至90分鐘,但整體合成周期仍受多因素制約。

  因為根據實驗數據顯示,合成時間與鏈長呈現非線性增長關系:10肽需2-3天,20肽需5-7天,50肽則長達2-3周。這種非線性效應源于長鏈合成過程中樹脂載體空間位阻增大、反應位點可及性下降以及副反應概率提升等累積效應。

  該技術另一固有局限在于長鏈合成能力。那就是當多肽鏈超過50個氨基酸殘基時,樹脂表面肽鏈密度過高會導致鏈間聚集,顯著降低偶聯效率。

  盡管在1993年發展的自然化學連接法(NCL)通過肽硒酯替代策略實現了200肽以下的合成突破,但其前體多肽硫酯的制備需依賴Boc-SPPS工藝,而該工藝必須使用強腐蝕性氫氟酸(HF)。HF的劇烈反應條件導致糖基化、磷酸化等翻譯后修飾基團難以穩定存在,嚴重限制了修飾多肽的合成可行性。

  這迫使研究者需在鏈長延伸與修飾保持之間做出權衡,成為制約NCL技術普適性的關鍵瓶頸。

  直至2021年10月30日,一碳生物合成蛋白質技術橫空出世。該技術生產的產品中蛋白質含量高達85%,且氨基酸組成與天然蛋白質相似,可包含數百個氨基酸殘基。

  其技術原理,主要是利用特定微生物(如產氨棒桿菌、甲烷氧化菌等)的代謝途徑,在特定條件下將一氧化碳和氨轉化為氨基酸,再通過微生物自身的蛋白質合成機制形成蛋白質。該技術原料來源廣泛(如工業尾氣),合成周期在特定條件下可縮短至22秒左右。

  彗星目前所采用的合成技術,就是在此原有基礎技術上改良而來的全新Promax版的合成技術。該技術能夠將純度提升至99.89%這一極高水平,且合成出的氨基酸組成與天然蛋白質幾乎完全一致,成功實現了人工化學合成蛋白質領域從跟跑者到領跑者的劃時代重大突破位置,堪稱人工化學合成蛋白質領域的“超時空躍遷”。

  ……

  在以前的生物化學領域,要想弄清楚一個蛋白質的三維結構,人們只能依靠一些較為落后的設備,如借助“冷凍電鏡”“X射線晶體衍射儀”和“核磁共振波譜儀”等來找出蛋白質的三維結構。

  這些傳統的方法雖然挺實用的,但往往要投入大量時間和資源,通過反復實驗和不斷優化條件,才能最終確定蛋白質的三維結構。

  而且,最主要的是,這些方法還存在一定的概率性——有時即便重復個上千次的實驗,也有可能會一無所獲,其結果的不確定性就如同蒙眼射靶一般;并且,還時常存在脫靶的概率,其難度自然不言而喻。

  至于為什么一定要找出蛋白質的結構,用母親給孩子們解釋的話來說,“決定蛋白質性狀和功能的,就是構成蛋白質的氨基酸序列和蛋白質最終折疊成的形狀。”

  以Y形蛋白為例,它是免疫系統在應對病毒和細菌入侵時產生的一種特殊蛋白質。若用形象的比喻來描述,它就像娃娃機里的夾子,能夠精準地鎖定并抓住這些入侵者。

  雖然以前的諾貝爾化學獎得主“克里斯蒂安·安芬森”曾在1972年的體外實驗中發現,只要一個蛋白質的序列不發生改變,并且一直處于同一個化學環境中(如適當的離子濃度、pH值和溫度),那么它每次都能折疊出同樣的三維結構。因此,蛋白質在空間中該如何折疊,這些信息其實都已經包含在了它的氨基酸序列中了。

  簡單來說,如果能知道一個蛋白質的氨基酸序列,理論上應該是可以準確地推測出它的三維結構的。

  雖然他當時提出的這個“安芬森假說”在當時得到了生物化學領域廣泛的認可,可是后來的生物化學領域卻再次用實驗證明了,這個假設在真實生物體內應用時會存在局限性。

  因為在生物體實際應用的實驗條件下,雖然能很容易測出一個蛋白質的氨基酸序列,但即使拿到了這個序列信息,卻依舊無法僅憑細胞環境調控(如氧化還原狀態波動、分子擁擠效應、伴侶蛋白的輔助作用等)準確推算出蛋白質的三維結構。

  而在《造化弄人》里,彗星雖然沒有使用以前傳統的設備(如X射線晶體衍射儀、核磁共振波譜儀、冷凍電鏡等)來解析蛋白質結構,但她卻用上了號稱微觀世界“上帝之眼”且更為先進的“同步輻射光源站”中的“生物大分子晶體學線站”,并結合“超級量子計算機”等高科技設備,用來解析蛋白質的三維結構和預測蛋白質的折疊問題。

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