酶是细胞中的机器

量子物理这神秘的影响力已经延伸到了自然界的每个角落,事实上它栖息于地球上每一个有生命的细胞之中。最近的实验揭示了自然界最神秘的现象之一,奇迹般的变态,被称为“量子蛙”!

图片 1

从一只蝌蚪变成青蛙的过程从未被完整诠释过,在短短的6周时间里,蝌蚪发生了蜕变,逐渐长成它成年的样子,但未解之谜在于为何变化得如此之快。

仔细想想就会发现,没有什么比一只蝌蚪变成青蛙更令人惊奇的了,比如它的尾巴在短短的几周之内,就被吸收入蝌蚪体内,而其中的蛋白质和肌肉纤维被重新拆分组合,并得到循环利用从而重新长成青蛙的四肢,为此需要协同进行数万亿次的化学反应,旧键断裂新键生成,它们表演了一场惊心编排的“舞蹈”!

但那支撑着躯体并贯穿全身的肌肉纤维极其坚韧,可以做这样的类比,一只蝌蚪是由细长的蛋白质绳贯穿,而由化学键相互连接,这些化学键极其坚固并能保持数年,远超出蝌蚪的平均寿命,那它是怎样在短短几周之内就变成一只青蛙的呢?

答案离不开生命中至关重要的一类分子,也是所有细胞中都必备的工具:酶。酶是细胞中的机器,也可以说是驱动细胞中所需化学反应的小机器,它们至关重要,因为它们能大幅度提高化学反应的速率,相信在化学课上大家都有所了解。

在变态过程中,正是酶拆解了蝌蚪的尾巴,而这意味着要打破一种极其稳定的蛋白质:胶原蛋白,它是生命领域中最重要的蛋白质之一,正是这种蛋白质使我们的肌肉皮肤充满弹性,而在蝌蚪的尾巴中,它提供了支撑尾部结构的脚手架,但蝌蚪变态成青蛙时,需要的就是一种酶,胶原酶,顾名思义它会将胶原蛋白分解成小块,进而将“脚手架”拆除。

但问题来了,酶为何能如此快速地打破化学键?或许只有量子生物学能解答这个问题。

想象一条绳子,绳子上的绳结都相当于亚原子粒子:电子和质子,它们将分子的各个部位结合在一起,而要解开绳结,酶必须移开质子,这需要时间才能将这些结一一解开。

而物理学家们有个有趣的说法:不断努力才能办成事,也就是必须达到一个能量阈值(个效应能够产生的最低值或最高值),要打破化学键,需要足够多的能量达到阈值,问题是,以这个过程所需要的时间来看,要拆解掉蝌蚪的尾巴所需时间过长,而这就是质子的发挥奇妙作用之处。

在量子世界中,质子无须达到能量阈值,它们能直接穿越过去!隧穿效应直击量子世界的奇妙核心,与日常生活中的现象截然不同。量子即有能量阻断,也能从一个地方瞬间隧穿到别处,它们不像我们日常生活中所见到的实实在在的物体,比如球,它们以古怪的方式,类似波行为向外传播,让它们能穿透能量阈值,粒子能在能量阈值的一侧消失,而同时在另一侧出现。

在核物理学中,这个现象已经被证实,没有量子隧穿效应,甚至连太阳也无法闪耀。但或许我们从来没想过能在蝌蚪身上见到这种效应。这个过程实在太怪异,就好像我们面对着一面实心砖墙,像魅影一样从一边消失而从另一边重现!

图片 2

量子隧穿效应最重要的优势就是它的速度,发生的极为迅速,比质子先达到阈值的过程要快很多,没有量子的这种诡异特性,蝌蚪的变态过程就无法发生!

图片 3

量子的隧穿效应是压原子世界中很诡异的特性之一,它在放射性衰变中有举足轻重的作用,并也在太阳中发生,它是太阳和其他恒星能发光的原因。而如今我们却发现它在地球上的每一种生物每一个细胞中发生,因为每一个细胞中都包含着酶,这是最让我们人类震惊的!

相关文章