奇想:为什么没有支链蛋白?
氨基酸是构成蛋白质的基本单元,氨基酸的氨基与羧酸头尾相连,就像钩子钩住套环,一个紧挨着一个形成长长的肽链,肽链折叠形成蛋白质。其实在某些氨 基酸里,用来头尾相连的氨基与羧基并不是唯一的,比如天冬氨酸、谷氨酸,他们都有两个羧酸基团,精氨酸有两个氨基,这就提供了这样一种可能——形成分叉的 肽链。长着两个“钩子”的天冬氨酸钩住两条肽链的“套环”,两条肽链各自延伸。这就像支链淀粉一样,就是在糯米里那种粘粘的淀粉。
这种支链 蛋白应该比普通的蛋白在进化上更有优势,支叉结构远比一条直线更容易设计和驾驭,可以想象,行使相同的功能,或者说组成相似的活性口袋,支链蛋白需要的氨 基酸数量会少于直链蛋白的氨基酸数量。这就意味着支链蛋白的生物——如果真的存在的话,吸收更少的营养和能量,就能完成与直链蛋白生物相同甚至更多的生理 活动。这样的生物在生存竞争中显然更有优势。
但是事实上,似乎从来没有听说过任何一种“支链蛋白生物”,甚至在自然界也从没有发现过任何含 有支链结构的蛋白质。这是为什么呢?漫漫几十亿年的生物进化史,支链结构的多糖出现了,但是有着如此优势的蛋白,却没有被进化出来?这其中恐怕蕴含着某种 必然。可是制约支链蛋白的究竟是什么因素呢?
我能想到的一个答案来自于核酸。人们已经搞清楚,核酸序列是蛋白质结构的蓝本,遗传信息从 DNA到RNA再到蛋白质,而构成DNA的是脱氧核糖核苷酸,其中的脱氧核糖环上只有三个链接位置——1位的羟基链接了碱基,5位和3位的羟基通过磷酸相 互链接形成单股DNA链,再没有富余的基团可以用来生成支链结构了。没有了支链DNA,也就没有了支链RNA,因此也就不会有支链蛋白质。
这样的想法对吗?
update:仔细想想上面的解释似乎也不能让人满意。想一想支链多糖在生物体内的合成过程,也是以链状延伸的,催化糖原合成的糖原合酶只会让多糖链朝一 个方向延伸,真正形成支链多糖靠的是分支酶去做搬运工,它把直链的多糖连接到另一根糖链上,形成支链结构。看来只能沿一个方向合成这件事不是形成支链结构 的障碍,想把直链蛋白变成支链蛋白的话,进化出一个蛋白分支酶就好了。那么为什么这个世界上没有支链蛋白呢?
updata:进化的稳定性倒是一个思路,相比于直链蛋白,支链蛋白可以依靠更少的残基行使相同的生理功能,这是支链蛋白的优势,缺也是它的劣势。在直链蛋白中,存在着大量“无用” 的残基,这些残基并不参与蛋白的功能实现,而仅仅扮演建筑材料的角色。倘若这些建筑材料们发生突变,可能对直链蛋白并不是什么严重的问题,而对于节约的支链蛋白来说,任何残基的突变都有可能带来严重的后果,由此支链蛋白生物往往更容易产生遗传病,在生存竞争中处于劣势。




