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  • 专业名词背后有故事 生命科学十大进展其实不难懂

  • 发布时间:2020-01-15 11:37   点击次数:    来源:科技日报
  •   1月10日,中国科协评选出2019年度“中国生命科学十大进展”,发表于顶级期刊并产生广泛影响的科学发现入选。一如既往地,读着诸如“破解硅藻光合膜蛋白超分子结构”“单碱基基因编辑造成大量脱靶效应及其优化解决方法”等满是专业名称的专业用词,很多人表示“很难懂”。但它们经过专家讲解,中小学生们也能听得津津有味。

      “在去年举办的进展交流会暨青少年科普报告会上,很多孩子提出的问题说明动了脑筋,也消化了这些理论,很有思想,让科学家们都很惊诧。”中国科协生命科学学会联合体秘书长王小宁表示,实际上,这些成果不仅是学术上的重大进展,也为我们揭示了很多生命科学的奥秘,理解它们并不难。

      为了便于理解,科技日报记者梳理了其中有特色的几个,讲述其蕴含的生命故事,打破生命科学重大进展难理解的形象。

      最阳光通透:硅藻“吃光机”结构被看清

      除了陆生植物,水下的藻类也能进行光合作用,“吃掉”阳光,转变出有机物和氧气。其中最“成功”的浮游光合生物当属海洋中的硅藻了。

      当选十大的“破解硅藻光合膜蛋白超分子结构和功能之谜”正是解答了什么精巧的结构,让硅藻能够“埋头”在水里还能进行光合作用。

      中国科学院植物研究所沈建仁、匡廷云研究团队在国际上首次解析了硅藻捕光天线膜蛋白,这“团”蛋白不仅能高效捕获蓝绿光、高效传递和转化光能,还能够起到光保护的作用。

      首先要说明这是一“团”蛋白,就好像工厂机器,是有组合和流水线的。因此很多人形象地称生物体里承担某一生命互动功能地蛋白为“蛋白工厂”,而学术上称为“蛋白复合体”,因为复合体的组成很像乐高拼插,只不过零件是单个蛋白。

      此次解析是超高精度的解析,类似于用一个几百万倍的放大镜把硅藻上的“吃光机”零部件一个齿轮一个齿轮地看清楚。

      “把蛋白质复合物提出来以后,我们用冷冻电镜了解它的结构,它的结构非常复杂,包括70个蛋白质。”沈建仁说。这70个蛋白质“零件”却与乐高零件完全不同,它不是规则的,而是枝枝杈杈的,电子云团互相作用,互相协同,完成了吸收光能把水分解成氧气、转移电子、释放能量等一系列任务。

      但要看清原子、电子之间的作用,冷冻电镜只能看到个模糊的轮廓,就好像从千米高空俯视群岛轮廓,要看到有哪些港口、怎么吞吐运送“货物”(电子)还需要更高的精度。团队随后用蛋白结晶衍射法将蛋白质复合物的结构精度做到了1.8埃(10-10米)的高分辨率,原子直径的数量级大约是1埃,在这个精度上每个原子清晰可见。

      为什么要对一个硅藻细胞膜上的蛋白质“团”大费周章呢?中国科学院院士匡廷云给出答案:“光合作用是地球上最大规模的利用光能、化学能把二氧化碳和水变成有机物储存在体内的生命活动。海洋生态系统的低等植物每年通过光合作用合成的干物质是2200亿吨,人类每年的耗能仅仅占这一总量的1/10。硅藻的光合作用贡献了地球上每年约20%的原初生产力。它们之所以能起这么大的作用,主要跟硅藻光合膜蛋白的结构与功能密切相关。”

      据介绍,解析的岩藻黄素已经用在减肥药品中,并在推进临床试验。未来,这些看似遥远的蛋白,究竟能在显示生活中起到哪些作用,在人类体内又有哪些功效,期待更多的研究和验证。

      最亲近自然:那头麋鹿有一双抗癌的角

      提到鹿,人们总会想起它亭亭玉立,竖耳静听,一双通灵般的眼睛警觉地望向前方,鹿角蜿蜒挺立头顶。

      这幅静美的图画里,其实是旺盛而独特的生命活动

      “鹿科动物有一个特征,它是癌症发生率最低的动物,但它角上的细胞却具有比癌细胞还旺盛的繁殖能力,是唯一能够完全再生的哺乳动物器官。”西北工业大学教授王文说,这个奇特现象背后的奥秘将和人类的健康息息相关。

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