到了1982年,切赫他们干脆放弃了对RNA分子各种徒劳的提纯,直接在试管里合成了一个新的RNA分子。然后,利用这条理论上就不可能存在污染的纯净RNA,他们终于可以明白无误地确认,这条RNA在什么外来蛋白质都没有的条件下,仍然固执地实现了自我剪接,把那段没用的中间序列切割了出来。
RNA分子,居然可以身兼DNA和蛋白质的双重功能:它显然可以和DNA一样存储信息,同时也可以像蛋白质一样催化生物化学反应——在切赫的例子里,这个化学反应就是对自身进行切割和缝合
马蒂亚斯·雅各布·施莱登(Matthias Jakob Schleiden)和西奥多·施旺(Theodor Sn)是细胞学说的集大成者。1839年,两人分别提出植物和动物都是由许多个微小的细胞组成的,细胞是生命的基本单元。
首先,它必须是一种不溶于水的化学物质,否则就会在地球原始海洋里轻易地分崩离析。其次,它必须能够形成致密的结构,要是孔隙太大,各种物质能够自由进出,这层膜也就没有用了。而基于这两点,我们还能猜想出这层膜的第三个性质:它必须具备一定程度的通透性,能够让某些分子穿梭于细胞内外,例如氧气、营养物质、细胞产生的废物,等等。
胡克在软木标本中看到的蜂巢结构其实是细胞壁,一种植物细胞特有的坚硬外壳[图片]
大家都知道“油水不相容”,这是因为水分子带有强烈的极性,它的氧原子上带有强烈的负电荷,氢原子上则带有正电荷,因此水分子之间能够通过正负电荷的吸引形成稳定的结构。相反,大多数脂类分子的电荷分布很均匀,一旦放入水中,不仅不能和水分子形成电荷吸引,反而还会破坏水分子之间的稳定关系。因此脂肪分子不溶于水,而且在水中还会自发聚集成团,尽可能减少表面积,减少暴露在水分子面前的机会。这样一来,由脂类分子构成的膜当然就不会在水中分崩离析,而且天然地形成致密的结构,包裹住细胞内的生命物质。
根据欧福顿的理论,这层膜是脂类分子,因此可以用有机溶剂轻松提纯。然后,高特和格兰戴尔把从红细胞中提取的这些物质平铺到一杯水上,小心翼翼地拉成了一层膜。
高特和格兰戴尔提出的磷脂双分子层模型。简单来说,细胞膜是由两层紧密排列的磷脂分子构成的,磷脂分子的极性“头”朝外,和水分子亲密结合,非极性“尾”则隐藏在分子内部。可以看出,这样的结构最大限度地避免了电中性的尾巴和水分子的接触,物理性质很稳定
欧福顿预测,细胞膜的物质成分是磷脂和胆固醇,而这两种脂类分子都有一个异乎寻常的特性:分子骨架的绝大多数地方都是电中性的,因此天然排斥水分子。但是两种分子的顶端却恰好都有一个带有电荷的“头”,因此是可以和水分子亲密结合的。
细胞膜上“镶嵌”着各种各样的蛋白质分子,它们可以帮助物质进行跨细胞膜流动,或者说它们能够形成一个狭窄的孔道,让分子自由进出细胞(取决于细胞内外的浓度),水分子和金属离子大多数时候是这样进出细胞的。有时候,细胞膜上的蛋白质甚至可以将物质从低浓度一侧运输到高浓度一侧,当然毫无疑问,这需要消耗能量。较大的分子就是依靠这种机制运输的。
细胞甚至可以通过大尺度的扭曲折叠来运输分子。比如,我们血液里的白细胞可以将整个细菌都包裹起来“吞噬”进细胞内,我们大脑里的神经细胞可以反其道而行之,将细胞内的小液泡释放到细胞外,进行神经信号的传递。
如果一个细胞的直径扩大一倍,那么体积就会变为之前的八倍,但是细胞膜的表面积却仅仅扩大为原来的四倍。也就是说,在这个大号细胞里,细胞膜进行物质交换的压力就大了一倍。
生命现象需要蛋白质分子的驱动,而蛋白质合成需要遗传物质DNA作为模板。
科学家发现,仅仅需要改变DNA密码本的一个字母(也就是DNA链条上的一个核苷酸的身份),就能够让一种单细胞生物变成雪花状的多细胞生物。
(二)
草履虫,它是一种(更准确地说是一类)两三百微米长、长得像一只草鞋鞋底的单细胞生物。这种长相怪异的单细胞生物靠细胞膜上密密麻麻的短毛划水游动,靠捕猎其他体形更小的单细胞生物过活。它们的食谱里包括细菌、绿藻和酵母。
小球藻(chlorella vulgaris)。这是一种古老而典型的单细胞生物,在水中随波逐流,自由生活,利用太阳光作为能量来源,通过细胞分裂的方式完成繁殖。但是如果在水中加入一种体形稍大、专门吃小球藻的鞭毛虫(oonas vallescia),那么仅仅需要一个月,繁殖10~20代的时间,小球藻就能迅速演化出多细胞形态。在这些多细胞小球藻体内,八个细胞紧紧依靠在一起,外面包裹了一层厚厚的细胞壁(见图5-3)。很明显,这种八细胞小球藻的尺寸大