环境作用引起机体一定结构与功能发生变化,在进化过程中由于各自所处的内外因素不同,有的进化快,有的进化慢,有的停滞有的绝灭,因此当今世上已有许多种生物类群、类群与类群之间、个体与个体之间,都存在着矛盾的共性与个性的关系,这种关系主要变化于核酸与蛋白质中,存在着DNA分子结构的改变和机体的结构与功能复杂程度的关系。事物的发展规律是从低级到高级,从简单到复杂的发展路线,生物每进化一步的DNA分子的改变扩大的发展方向就决定了DNA结构的这种变化主要是加号,反之,是减号。这种基本物质的加号性的变化,首先是在蛋白质的组成结构上体现出来,这里越是高分子化合物所组成的种类越多,其功能越复杂。例如20种氨基酸组成20250个为序列的蛋白质可以组成250种。如果增加一序列就成了20251种,又增加了20倍的复杂性。有机物的种类比无机物多得多,一般有机物比无机物的分子要大,因而可能解组成更多的异物体。植物界,蔺藻、苔藓、蕨类植物的都是5个组织、3个器官以下,而种子植物的有根、茎、叶、花、果、种子有6个以上的器官,而种子植物门的种类比其他三门植物种类的总和还要多。在动物界也同样如此,如哺乳动物有6种组织和30多个器官,比其他任何类群的动物的组织器官都多,因而哺乳动物的种类也最多,功能也最复杂。
关于核酸主要是对大肠杆菌进行研究,其实大肠杆菌只有1000多种核酸,3000多种蛋白质。而一个人身上500多种蛋白并没有发现一种与大肠杆菌完全相同的蛋白质。这种充分进化是质变,一种物质的进化并不是几种蛋白质的增加,而是在一个核酸蛋白质变化的基础产生出新的结构功能,有新的活动规律。机体的一个核酸和蛋白质性质的变化可以引起机体结构功能变化和复杂性的增加。
这里还有一个问题值得提出,就是物质的运动要受到规律的制约,生物要受到自然的选择,世界曾有很大一部分物质被自然所淘汰了。如蛋白质的结构是由20种氨基酸组成的,今天可以找出基酸序列超过了250个的蛋白质,蛋白质种类形成的可能数字20250种以上。实际上述有关统计资料,从地球上生命起源到今天的蛋白质种类还没有超过1050种。生物的种类远远未达到根据生物体的蛋白质种类、组织器官的情况等工作理论推导的数字。这就是由于自然选择的结果。
总之,核酸和蛋白质之所以成为生物体的重要物质,在于两者的内部矛盾性,同时它们的作用是相互的。环境通过蛋白质对核酸的一个加号性的变化,可以在生物体中增到成乘方数字的复杂性,这增至一定程度后,主要是引起生物体内部的质的变化为主了,这是本人在匆忙中得出的结论,以后还想继续探索。
革命导师恩格斯教导我们:“生命是蛋白体的存在方法。”现代科学研究证明,生物的遗传、代谢、存活等高度的特异性、协调性和适应性,就在于核酸和蛋白质在机体中的重要作用,科学实践证明了恩格斯这一论断的英明伟大。
核酸和蛋白质是怎样发挥作用的呢?它们本身有些什么活动规律呢?这里限于水平和学习条件,只能谈谈自己学习几篇有关文章后产生的几点极不成熟的想法。
核酸和蛋白质的重要作用在于本身的矛盾特殊性。机体的每一个动作都依赖着体内一定的物质代谢和能量代谢的进行。生物体的千差万别在于代谢型的不同。在代谢过程中起重要作用的物质就是酸,酸的化学本质是一种特殊蛋白质。机体的其他重要物质也绝大多数属蛋白质类。特别是体内的高分子化合物基本上是蛋白质类。“事物发展的根本原因不在事物的外部,而在事物的内部,在于事物内部的矛盾性。”(毛主席《矛盾论》)蛋白质具有高级的功能,同样是本身的结构,是由物理化学性质所决定的。
蛋白质是由氨基酸所组成的,而氨基酸分子中既含有氨基(-NH3)又含有羧基(-COOH)。氨基有碱性,能与酸作用生成盐。羧基有酸性,能与碱作用生成盐。因此氨基酸呈两性性质。这样一来就在氨基酸分子内部,自身的氨基与羧基也可以生成盐,这种在同一分子内形成的盐叫内盐。这样分子内部就既有正离子部分,也有负离子部分,所以又叫两性离子。正由于氨基酸内部的这种矛盾特殊性,才有可能在一定条件下,一分子α-氨基酸的氨基与另一个α-氨基酸的羧基相互作用失去一分子水而生成缩氨酸,这个反应叫缩合反应。由这种缩合反应生成肽。两个氨基酸缩合之间形成的键叫肽键,很多个肽就构成蛋白质。机体的蛋白质是氨基酸缩合而成的。这里已经证明了。机体的只有氨基酸和核酸(下面分析)存在两性性质也是知道的。由体内氨基酸的化学特性提供了蛋白质分子形成庞大性和多样性的可能性。
蛋白质对机体有重要作用,但是有机化学的研究告诉我们,蛋白质的合成需要一定的条件才能进行,而且蛋白质本身不稳定,容易破坏。要使酸的性质和活力稳定在一定的范围内、机体的性质能通过生殖而遗传、新陈代谢能有条不紊地进行,还需要一定的其他原因,单独靠蛋白质难以保持机体的相对稳定性。许多生物学家研究证明,能控制蛋白质合成的物质是核酸,1928年格里菲思对肺炎双球菌的试验,把少量毒性很小的R型肺炎双球菌和加热杀死的有强烈毒性的SⅢ型死肺炎双球菌一道注入小白鼠皮下,小白鼠也可发病致死,并从血中查出少量SⅢ型活菌。这现象只能认为R型菌在SⅢ型作用下转为SⅢ型。1944年艾弗里证明使型转化的活性因子是高丝合DNA,特别是在五十年代初华生与克里克对DNA双螺旋结构模型的确定后,更坚定了这个观点。1958年克里克提出了DNA→RNA→蛋白质的控制路线,认为性状遗传的物质基础是DNA。机体的性状、形态、活动特点,由DNA控制决定。通过酸、蛋白质及新陈代谢的特点展现出来。在一般情况下从DNA→RNA通过密码翻译出氨基酸进而合成蛋白质。因此蛋白质的合成依赖于核酸。核酸能决定蛋白质的数量和性质。机体有不同的蛋白质、不同的酸就有不同的代谢型,就有不同的生物体。这种控制路线在一般情况下是一条通道。
核酸有这种遗传作用,同样在于核酸的内在矛盾。首先是核苷酸分子中既有嘌啶、嘧啶等硫基的碱性,又有磷酸的酸性。这样在同一核酸分子中既含有碱性基团,又有酸性基团。它本身具有酸碱两性化学性质可以互相结合。这就为核苷酸形成高分子的核酸化合物提供了可能的条件。同时DNA酸基的相互排列方式可以有许多变化,因而核酸的种类可以很多。现在业已查明了每组硫基(三个硫基为一组)所能携带的一个特异的氨基酸;DNA有一定的复制能力;DNA的代谢率较低,具有相对特定性。这种特性对机体保持不断地新陈代谢和保持本身的相对特定的性状是有益的。
体内的主要物质就是核酸和蛋白质。它们是在一个分子内部酸碱两性同具。核酸和蛋白质都是生命体的重要物质。两者之间表现了十分密切的内在联系性。这样看来,核酸能与氨基酸结合,能合成蛋白质的合成是否在于核苷酸的硫基与氨基酸的羧基,核苷酸上的磷酸和氨基酸上的氨基的结合,进行携带的关系。蛋白质和核酸在体内起重要作用在于它的本身具备两性的化学性质呢?这是一种推导,或叫一种假说,正确或是谬误,还有待在实验室仔细观察。
前面提过,在一般情况下DNA→RNA→蛋白质是一条通道,可是“一切对立的成分都是这样,因一定的条件,一面相对立,一面又互相联结,互相贯通,互相渗透,互相依赖,这种性质叫做同一性。”(毛主席《矛盾论》)。任何事物的斗争都是相辅相成的。DNA能决定蛋白质的合成。可是反过来说,人们也观察到了另一方面的事实。证明DNA本身的复制需要蛋白质参与。A·科恩伯格等人1956年在大肠杆菌提液中发现了催化aTTP→DNA反应的碱,精制后称为DNA合成碱。1960年韦斟又找到了RNA的合成碱。1970年厦天梯明在RNA型癌病毒中探明,在特殊情况下,存在着RNA→DNA这样新的合成方向。在过去遗传作用一直认为是细胞核里的染色体,细胞的活动由细胞核所控制和细胞核控制细胞质的说法,这是当时在生物学界流行的说法。可是1973年牛满江等在中国学会动物研究室经动物实验证实了单独在细胞质(不包括核在内)中的mRNA对于细胞的分化、生长和特异性的遗传具备重要的生理作用。再说人类的遗传性疾病也不是几千年以前就牵连不断地遗传下来的。而是在个体的变异产生中遗传给下一代的。如一种因毛发缺乏色素的白化性状。在营养疾病,衰老的生理影响下可能出现白化,大多数慢性病人是不发生白化的。可是这些生理因素作用达一定程度时也会造成骆氨酸碱系的数量和活性的变化,出现白化。如有些因长期营养缺乏,慢性疾病而导致的白化。父亲有了白化性状,子女也不一定会白化,在实践中还是看到不遗传的占多数。只有在蛋白质(碱)的改变达一定程度时才会引起核酸结构的相应改变,使之白化而成为遗传性疾病。因此有一部分白化病人的子女是白化的。这里看出改变蛋白质的结构和改变了核酸的结构其作用是不同的。前者是非遗传性的,后者是遗传性的。但可以通过蛋白质进而改变核酸。在人类进化上的例子就更是数不胜数了。根据这些情况看来,机体的遗传代谢是由核酸起指导和决定性作用的。反过来说,外界环境的改变(刺激)首先是作用于机体的蛋白质部分,影响机体的代谢和其他活动,进而可以影响到核酸。蛋白质→RNA→DNA是一条反馈影响作用的路线。这是一条总量不大,在生物对环境的适应性和生物的进化中有重大意义的路线。
环境作用于机体,引起机体的一定结构和功能的改变,在进化过程中由于各自所处的内因和外因的不同,有的进化快,有的进化慢,有的停滞或灭绝。因此今天世界上已有许许多多种生物类群、类群与类群之间、个体与个体之间,都存在着矛盾的共性与个性的关系。这种关系势必变化于核酸和蛋白质之中,存在着DNA分子结构的改变和机体的结构与功能复杂程度的关系。事物的发展规律是从低级到高级、从简单到复杂的发展。生物每进化一步,有其DNA分子改变扩大的倾向。这就决定了DNA结构的这种变化主要是加号,而不是减号。这种基本物质的加号性变化,首先是在蛋白质的结构上体现出来,越是高分子化合物所组成的种类越多,功能越复杂。如20种氨基酸,按250年为序列,可以组成20250种蛋白质。如果增加一序列就可构成20251种,又增加了20倍的复杂性。有机物的种类比无机物多得多,其原因也主要是有机物比无机物的分子要大,因而能组成更多的异构体。在植物界的蔺藻、苔藓、蕨类等植物的构成都是五种组织、三个器官以下。而种子植物的也有同样的五种组织,但其构成还有根、茎、叶、花、果、种子等六个器官,其种子植物门的种类也比其他三门植物种类的总和还要多。在动物界也同样如此,如哺乳动物有六种组织,三十多个器官,比其他任何类群的动物的组织器官都多。因而哺乳动物的种类也最多,功能也最复杂。
当前研究核酸,多是研究大肠杆菌的核酸,其实在大肠杆菌中只有1000多种核酸,3000多种蛋白质。一个人身上有500多万种蛋白质,但至今没有发现一种与大肠杆菌的蛋白质完全相同的蛋白质。这充分说明进化是质变。一个生物体的进化并不是某一个核酸,蛋白质分子的简单相加或凑合,而是在一个核酸蛋白质的基础上产生出新的结构功能。它出现以后又有自己的新的活动规律。机体的一个核酸和蛋白质性质的变化可以引起机体的其他结构和功能及活动程度相当于这个结构变化数字的乘方的复杂性。
这里还有一个问题值得提出:就是物质的运动要受到规律的制约,生物要受到自然的选择。世界上有很大一部分物质被自然所淘汰了。如蛋白质的结构是由20种氨基酸组成的,今天可以找到氨基酸序列超出250个的蛋白质。那么蛋白质的可能形成种类是20250种以上。实际上据有关统计资料介绍,从地球上出现生命到今天的蛋白质种类还没有超出1050种。生物的种类都远远没有达到按生物体的蛋白质种类、核酸序列、组织器官的情况等所组成的异构体的数字。
总之,核酸和蛋白质成为生命的重要物质,在于两者的内在矛盾性,同时它们的作用是相互的。环境通过蛋白质对核酸起一个加号性的变化,可以在生物体中引起与这个物质变化数字成乘方的复杂性,增至一定程度后以导致生物体的质的变化为主了。如人类起源和人类的新的进化(科学技术的发展),对这些问题今后还要做进一步探索。
1.化学上已经证明,核蛋白是一种结合蛋白质,其中核酸部分小,蛋白质部分大,从某种程度上说,它们两者之间是部分与整体的关系,核酸相当于核蛋白的功能基。
2.它们的生物学作用在于核酸参加蛋白质合成的反应。
①1961年布伦纲、雅各布、梅尔桑等人的实验建立了信息核糖核酸(mRNA)的概念。
②1959年克里克发现了携带氨基酸的密码。
3.在这里蛋白部分的作用问题,我们还不太清楚,先来看看其他的物质运动特征。
整体在反应中起调节作用,功能基参与反应。整体决定个体的性质,功能基决定物体大方面的性质。
1.在一般有机物中:
①羟基是源的功能基,由羟基参与化学反应,决定的一般化学性质。但是,羟基在伯碳上就氧化成,在仲碳上氧化成不同铜,在叔碳上就难以氧化。即使氧化了也使之断裂成两个分子的新物质,直接连于萃环就构成万分。同样以羟基为功能基的化合物,不同的物质就有不同的功能。
②羧基,在一般烃链上构成酸,与氢结合为甲酸,能氧化。其他酸都不能氧化。同时与萃相连的萃酸与其他酸性质很不相同,但因羧基存在都有酸性。
③羰基:在碳链的中间形成不面,在萃环上形成。两者的物理化学性质有很大出入。
2.在结合碱中,一种碱只有在和一种辅碱结合才起催化作用,但是一种辅碱往往能与多种碱蛋白结合,对不同物质起特异催化作用。
①辅碱Ⅰ、辅碱Ⅱ,能与很多不同的脱氢碱结合,对不同的物质起氧化反应。但一种脱氢碱只作用于一种基质。
②动物组织内有各种功用不同的黄碱,其中有一些黄碱的辅基却完全相同,都是磷酸核黄素。因碱蛋白部分不同,使每种黄碱功用各不相同。
③羧化碱(碳碱)和α-铜戊二酸脱氢碱的辅碱都是焦磷酸硫胺素,但依碱蛋白不同而功用不同。
④过氧化物碱、过氧化氢碱、细胞色素、细胞色素氧化碱、血红蛋白的非蛋白质部分都含有铁卟啉,但依各结合的蛋白质不同,各自都有很不相同的功能。
由此可以看出,碱蛋白部分决定碱的特异性,辅碱或辅基部分则在催化过程中参与反应,碱蛋白的种类多,因此碱的特异性高,但若没有辅碱或辅基参加反应,则仅有碱蛋白也无催化作用。
这里谈了在一般事物运动中部分与整体的关系问题。在简单的有机物里,因为构造简单而容易弄清。在碱的方面,因为碱具有非常重要而明显的生物学活性,所以也容易察觉这一类。可在一般的蛋白质中,如血红蛋白、磷蛋白、糖蛋白、脂蛋白等的蛋白质部分的结构怎样,功能如何呢?碱蛋白是如何决定碱的特异性呢?这些都还是奥秘。
不过从现有的资料可以知道,核酸与蛋白质的关系是部分与整体的关系,在体内是以结合蛋白质的形式而存在。核酸参与蛋白质的合成过程,这些都是已知的事实。但核蛋白的蛋白质部分在其中有什么作用呢?对这个问题目前是不了解的。我从一般的物质运动特点而得到提示,不同的碱基组能携带不同的氧基酸。不同的核蛋白,不同的核酸有不同的碱基排列次序。我总是怀疑核蛋白的蛋白质部分对本身的碱基排列次序有作用。这样一来,不同的核蛋白在控制不同的蛋白质合成方面是有作用的。当然核蛋白的蛋白质部分的结构比较复杂,对它的研究也远不及核酸的清楚。就它们两者在结构上的关系谈得很少。而在功能上的关系,这种资料目前还没有见到过。到底是怎样呢?如果能做这方面的试验不管成功或失败,不管肯定或否定,都应该是有点价值的。如果有这么回事的话,那么核酸的碱基排列次序是由核蛋白所制约,它们的关系是部分与整体的关系,它们的作用是相辅相成的。
(1974年3月)