生命信息与能量交叉路口的那个分子——磷酸基团的故事
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“ 稀有的磷酸盐分子在生物学中
起到中心作用。”
已故诺贝尔生理医学奖（1974年）得主克里斯蒂安-德迪夫曾经的这句话着实有些匪夷所思。
我们知道，磷元素在人体中所有元素中仅占约 1.4%，排在所有元素中的第五位；在生命活动的具体执行者——蛋白质身上，也几乎看不到它的身影。为什么克里斯蒂安.德迪夫认为磷酸盐分子才是生物学的中心呢？
要讲明白这个故事，可能要贯穿整个生命史。那就让我们从人类心灵的窗口——眼睛，来慢慢说起吧。
五感之灵
第一次见到视锥细胞与视杆细胞的图片，差点以为见到了外星人：跟常见的圆滚滚的细胞不同，它们极其细长，细胞核突兀的鼓在中间，前端是感光的细胞器。视锥细胞和视杆细胞都属于感光细胞，光线通过晶状体汇集到眼球后端的这些感光细胞上，再通过神经传递给大脑，我们就看到了图像。
但是，你知道感光细胞用来捕获光子的东西是什么吗？
没错，它们叫做视蛋白。目前认为一共有五类视蛋白与视觉有关，具体对于人类而已，主要是叫做视紫红质的一种蛋白。这些视蛋白存在于细胞膜上，在捕获光子前后会发生可逆的反应，从而将视觉信号传导下去。
视紫红质属于一个巨大的蛋白家族——G蛋白偶联受体家族，这个家族的具体大小尚未知晓，但是依据DNA序列的相似性，人们预测人类基因组中约有800个基因会编码这个家族的成员，这占了基因组中编码序列的4%。
这一家族如此的繁荣昌盛也侧面反映出G蛋白偶联受体的重要作用——它们是真核细胞膜上的感应器。G蛋白偶联受体目前一共被分为六大类，可以和各种各样的分子相结合，包括气味分子、激素、神经递质，甚至光子，然后通过一系列复杂的信号通路，将这些信息告知我们的身体。
从这个意义上来讲，我们能看到美丽的风景、尝到香甜的巧克力、美味的烤牛排、闻到芬芳的花香，全都要拜各类G蛋白偶联受体所赐。G蛋白偶联受体与G蛋白的组合是我们能感知这个世界的分子基础，它们共同掌管着我们的五感，是我们的五感之灵。
0 与 1 的二进制
聪明的你一定能从G蛋白偶联受体这个名字中察觉到：一定还有一种蛋白叫G蛋白。
是的，G蛋白偶联受体与G蛋白是相伴相生的一套体系，G蛋白偶联受体接收到外界信号后，会导致与它相连的G蛋白α结构域中的三磷酸鸟苷（GTP）发生脱磷酸作用变成二磷酸鸟苷（GDP）。这一过程是可逆的，例如视紫红质在一次传递后的“休息期”大概有45分钟，然后就又加上了弹药（磷酸基团）。
这就像是一套简单的0/1信号系统，红灯停，绿灯行，利用鸟苷连接的磷酸基团的数量来表示不同的状态，从而影响其下游信号通路（一般是第二信使起作用）的开闭状态。
实际上，0/1这种信号系统是如此的简单有效，在细胞内的很多信号传导过程中都起着重要作用。
在非小细胞肺癌研究中的明星蛋白分子EGFR（表皮生长因子受体），其下游通路也是通过转移磷酸基团来实现的。顾名思义，表皮生长因子受体（EGFR）这种跨膜蛋白的功能是接受外界表皮生长因子的调控，通过它，细胞可以根据外界信号来决定是否要生长增殖。
但在有些情况下，例如EGFR基因发生了突变，从而使其内部的结构域处于常开状态，这样细胞就不受限制的增殖起来，从而导致了癌症的发生。有意思的是，磷酸基团（P）在EGFR上面是通过是否与酪氨酸激酶结构域结合来控制开关的，而在其下游的RAS基因处，却是通过GDP/GTP的转换来实现的。但是无论如何，通过一个传一个的转移磷酸基团这个高能小分子，一个一个的改变不同大分子的开关状态（1/0），细胞内部完成了信号的传递工作。
生命原力
如果说GTP是生命领域的明星的话，那么它的哥哥——ATP（三磷酸腺苷）可以算得上是巨星了。在生命中，ATP是比GTP更重要、更无处不在的分子，它是生命的基本能量货币。在生命中几乎任何需要能量的场合，都是ATP在进行能量转移的功能，被生命所摄入的任何形式的能量——脂肪、糖类等等，都要先通过呼吸作用转换为ATP才能用于后续的代谢之中。
我们常说生命密码可以用ATCG四个字母表示。实际上，DNA/RNA这四个字母里面的A与ATP/ADP里的A是同一种东西，G与GTP/GDP里的G也是同一种东西。因此，对于T和C来说，也存在TDP/TTP和CDP/CTP的转换。但这两个嘧啶并没有那两个嘌呤在生命中的应用那么广泛。
嘌呤和嘧啶并不能连接成DNA或者RNA长链，它们还需要连上五碳糖形成脱氧核糖核苷（对于RNA来说是核糖核苷），然后五碳糖之间还需要通过磷酸键以形成DNA/RNA长链——这个过程也需要脱磷酸作用，没有高能磷酸键提供的能量，是没有办法形成长链的DNA或者RNA的。
DNA链的结构，base指代四种碱基，在DNA骨架的中心部位相互互补结合，而DNA的外部骨架则为交叉出现的脱氧五碳糖和磷酸基团。
实际上，ATP分子自己就能进行聚合反应，多个ATP分子发生聚合反应，可以形成ATP-AMP-AMP-AMP...的长链，眼尖的你肯定已经察觉到了：这就是真核mRNA头部的poly-A结构。ATP既可以作为基本能量货币，又是生命密码的关键字母，这似乎暗示着生命起源中能量与信息的同源性，在蛋白质出现之前很久，在DNA甚至RNA出现之前很久、ATP/ADP这样的分子系统就站在了能量与信息起源的共同起点。
“ 没有能量供应和有效的利用能量的途径，原始代谢就不可能进行 ”
——克里斯蒂安.德迪夫
在星球大战系列电影中，“May the force be with you”（愿原力与你同在）的原力，被解释为“迷地原虫（midichlorians）”，明眼人一看就知道这是暗指真核生命的能量工厂，即生产ATP的地方——线粒体。
然而，并不是所有生命都有线粒体——细菌就没有。
这样想来，将ATP称为生命原力，甚至将这个实际供能，并传导信号的磷酸基团称之为生命原力，也许更加合适。
编辑：Anymore
文字：鱼骨头段
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