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我刚刚所描述的景象很可能就是你身体里面的某个细胞,当然也可能是一个植物细胞、一个真菌,或者是一个在你家附近池塘里游泳的单细胞原虫。
在细胞的世界里面有一种惊人的共通性,让我们觉得周围的一切是如此相似,似乎都是相互关联的同类。
从细胞的角度来看,你只是整个身体建造计划中的众多变异之一,只不过是用许多相似的积木,搭建同一物品的众多拼法之一。
但这积木多了不起呀!每个喧闹的真核细胞迷你城市(真核细胞是带有核的复杂细胞,请见第四章),都和简单的细菌内部世界有极大的差异。
这差异绝大部分要归功于大量的细胞骨架,以及四通八达的交通系统持续把细胞内的物质送往迎来。
如果没有这些夜以继日运作的交通系统,所有的细胞城市将会瘫痪,就好像我们的大城市缺少主要干道一样。
所有细胞里面的交通都源自各式大同小异的马达蛋白。
首先该提的就是那个在肌动蛋白纤维上跳上跳下的肌球蛋白,和它在肌肉里的运作方式一样。
不过差异就是,在肌肉里肌球蛋白有90%的时间与肌动蛋白纤维分开,如果它们不这样做,而是持续不断地粘在纤维上的话,就会严重阻碍其他摇摆中的肌球蛋白横桥,就像在一艘长船上其中一位桨手故意不把桨抬离水面一样。
在肌肉里可以如此长时间分离,因为肌球蛋白的尾巴会缠绕成粗肌丝,从而把肌球蛋白的头部拴在非常靠近肌动蛋白的地方。
但是对于那些横跨细胞的各种缆线来说,可不能这样,因为一旦马达蛋白与缆线分开之后,它就会被撞飞,很难重新抓住缆线(不过在某些情况下,电力的交互作用可以把马达蛋白拴在离缆线不远处)。
比较好的解决办法是发展出一种“前进式”
马达,一边接在缆线上,一边在缆线上移动(前进)。
而蛋白质也这样做了,稍微改变一下肌球蛋白的结构,就可以把自己变成一个前进马达,可以稍微离开肌动蛋白纤维却又不至于完全分开。
有哪些改变了呢?首先是肌球蛋白的头颈部要稍微延长一点。
还记得在肌肉里面,两个肌球蛋白头部会紧紧靠在一起吗?那是因为从颈部到尾部都被缠住,但是除此之外这两个头部其实没有什么合作关系。
现在我们稍微把颈部延长一些,让两个蛋白质头部不再靠那么紧,而多一点自由空间。
这样一来,当一个头部粘在纤维上时,还有一个可以摇摆,因而造就了一种“手牵手”
一步一步在纤维上移动的前进马达。
[6]还有其他的变异版本,包含三个甚至四个头部连在一起。
当然不论是哪一种变异版本,这些肌球蛋白头部都不会缠在粗肌丝纤维上,而是可以四处移动。
最后,其他东西都可以通过“耦合”
蛋白接在这些马达上,每种东西有专门的耦合蛋白。
如此就有了一群前进马达,可以把细胞里的东西沿着肌动蛋白轨道运往四处。
这一群了不起的蛋白质是怎么出现的?在细菌世界里并没有可以相比的东西。
不过,肌球蛋白配肌动蛋白也不是真核细胞里面唯一的双人配对工具。
另一组马达蛋白叫作驱动蛋白,它作用的方法和肌球蛋白差不多,也是用手牵手的方式在那些横跨的细胞骨架上移动。
不过驱动蛋白所对应的缆线并非肌动蛋白纤维,而是一条充满孔洞的管子,称作微管,其蛋白质单元称为微管蛋白。
微管的工作很多,其中一项就是在细胞分裂的时候形成纺锤体,把染色体拉开。
当然还有其他几种马达蛋白,不过我们无须继续花时间讨论。
所有马达蛋白与它们的高架轨道,其实在细菌里面都有雏形,不过不是那么显而易见,因为它们负责的工作不同。
[7]X射线晶体学再度帮我们厘清这些蛋白质间的血缘关系,而如果只靠比对基因序列,恐怕永远也鉴别不出来。
肌球蛋白与驱动蛋白这两种最主要的马达蛋白,从基因序列上面来看,几乎没有相似之处。
其中某些序列或许相同,但是长久以来科学家都认为那只是巧合或趋同进化的结果。
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