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文檔簡介
生命元素對DNA與RNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄與合成的機理生命相關(guān)元素,第一類生命結(jié)構(gòu)型營養(yǎng)元素群(C、H、O、N、S、P);第二類神經(jīng)信息傳遞元素群(H+、Li+、Na+、K+、Rb+等);第三類能量生成及傳遞元素群(Mg2+、Ca2+、Sr2Ba2+);第四類生化過程中起催化、激活動力作用元素群(Ti2+、V2+、Cr3+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Sc3+、Mo2+),這一類是名副其實的生命動力元素群。我們將第四類元素群中的11種在生化過程中起催化、激活動力作用元素定義為生命動力元素。生命動力元素都是元素周期表中具有3d軌道的過渡元素,其有兩個特點。第一,這些元素都有d軌道,有的充滿電子,有的處于空軌道狀態(tài),在一定的條件下,這種過渡元素離子的d軌道電子與外域元素的成對電子間可以形成絡(luò)合鍵,也可以外域元素的成對電子配位到空軌道,形成給電子型配位鍵。通過這種形式使這種離子與各種蛋白酶絡(luò)合成為生物酶的活性中心。這就是為什么人體、動物、植物及各種農(nóng)作物中需要多種過渡元素的根本原因。第二,這些過渡元素的離子外層電子價態(tài)隨環(huán)境條件(pH、溫度、光能、溶劑、其他各種離子等)的不同而發(fā)生轉(zhuǎn)移,時而產(chǎn)生空的d軌道,時而填入電子,這種情況也影響到這些過渡元素最外層的化學(xué)價態(tài),例如在血液中的鐵元素就是通過這兩個不同價態(tài)的鐵進行氧化還原反應(yīng)來吸收新鮮氧氣。上述過渡元素也可以在基本化學(xué)價不變的條件下,在d軌道上發(fā)生電子轉(zhuǎn)移;有的可變價過渡元素(如Fe、Cu、Ti、Mn等)只要pH發(fā)生變化,這些元素的價態(tài)會迅速變化,或者只要具備氧氣、弱酸性或弱堿性,甚至中性條件就可以發(fā)生價態(tài)變化,產(chǎn)生[.OH]基團及生態(tài)氧。生命相關(guān)元素及生命動力元素的界定對研究生命本質(zhì)具有重要的理論價值,將從根本.上解答生命科學(xué)領(lǐng)域諸多關(guān)鍵性概念核心內(nèi)涵與外延的普遍性生命化學(xué)反應(yīng)原理,是從生命構(gòu)成基本元素中尋找生命健康要素的最深層次中心。從遠古生命的起源來看,"生命之源”包括兩部分:乛是具有特殊結(jié)構(gòu)的活性水聚體;二是有益于生命的各種催化、激活動力的金屬元素含水絡(luò)合離子群。同樣生命的存在和延續(xù)也是一個化學(xué)過程。生命體猶如一個復(fù)雜的化工廠,無時無刻地進行著各種生物化學(xué)反應(yīng),把生物體吸收的氧氣和各種營養(yǎng)物質(zhì)氧化成為二氧化碳和水,并產(chǎn)生大量的能量,保證生命體活動的需要,維護生命體的延續(xù)。生物界千姿百態(tài),生機勃勃,開始人們發(fā)現(xiàn),五彩繽紛的各種生命現(xiàn)象都離不開蛋白質(zhì),因而許多人認為生命的本質(zhì)就在于此。恩格斯指出,"生命是蛋白體的存在方式”。隨著生物化學(xué)的迅速發(fā)展,如今已經(jīng)證明,更本質(zhì)的生命物質(zhì)是核酸,而不是蛋白質(zhì)。核酸是細胞的核心物質(zhì),是細胞中最重要的生命大分子之一。核酸分為兩類:一類叫脫氧核糖核酸(DNA);另一類叫核糖核酸(RNA)。在細胞的新陳代謝過程中,DNA承擔生命遺傳信息的傳遞,RNA則指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。核酸控制著細胞生長、分裂、成熟和新陳代謝各方面的生理活動。生命的基本特征在于“新陳代謝”。-方面生物體與自己生存的自然界之間不斷進行物質(zhì)交換,即由自然界攝取蛋白質(zhì)、糖、脂類等營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣,通過代謝反應(yīng)把營養(yǎng)物質(zhì)氧化成二氧化碳和水,排到自然界。同時經(jīng)過氧化磷酸化釋放出大量的能量,以ATP(三磷腺苷)的形式儲存于體內(nèi),供給生命活動的需要。此外,新陳代謝還包括生物體自身在不斷“辭舊迎新”,也就是說,構(gòu)成我們身體的各個細胞,每時每刻都在不斷新生和不斷死亡,即不斷更新。這種新陳代謝的功能,正是生物與非生物的最大區(qū)別。所有的細胞天生就具有這種新陳代謝功能,不管是肝細胞還是胰腺細胞,都在不停地發(fā)生新的變化,一般來說,只需經(jīng)過幾個月,全部細胞都會完全新舊更替一次。現(xiàn)代生物化學(xué)認為,生命是通過DNA的不斷復(fù)制、RNA的轉(zhuǎn)錄和由DNA控制下的蛋白質(zhì)生物合成過程來延續(xù)的。在分子生物學(xué)里,基因首先生成一次蛋白(幾十萬種的酶蛋白,大部分都是構(gòu)造酶),幾十個一次蛋白生成二次蛋白開始新陳代謝。光有基因的遺傳信息,若沒有原材料,是不能進行蛋白的生物合成的,也就不可能生成胰島素、谷氨酸草酰乙酸氨基轉(zhuǎn)移酶(GOT)、谷氨酸丙酮酸氨基轉(zhuǎn)移酶(GPT)、超氧化物歧化酶(SOD)等。GOT在心肌、肝、骨骼、肌肉、腎等器官組織中含量豐富,GPT在肝中含量豐富,都是被稱為轉(zhuǎn)氨酶氨基酸合成的必要酶。人體內(nèi)的新陳代謝是通過無數(shù)的化學(xué)反應(yīng)來完成的,而這些一連串的化學(xué)反應(yīng)只有在生物催化劑一酶的催化下才能進行。在這種復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、合成的過程中,都必須有生物酶的參與,因為沒有生物酶參與,這個過程就不可能進行,生命就會停止。生物界存在大量的酶,酶是生命現(xiàn)象及生物化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)。人體內(nèi)已發(fā)現(xiàn)有近2000種酶,它們是生物化學(xué)反應(yīng)的催化體系。有的酶是由單純蛋白質(zhì)組成的,如胃蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等,但大多數(shù)酶是由結(jié)合蛋白質(zhì)組成的,這些酶的非蛋白質(zhì)部分稱為輔基(或輔酶),如許多脫氫酶、氧化酶的輔基(或輔酶)是金屬離子或B族維生素類。也就是說,大多數(shù)生物催化體系中總是連著某種金屬離子,大多數(shù)酶含有生命動力元素,以生命動力元素的離子作為催化、激活動力中心,促進生化反應(yīng)的正常進行。結(jié)合蛋白質(zhì)的酶如果缺少輔基(或輔酶)成分,就會失去酶的活性。如果沒有活性,就不能進行新陳代謝,沒有新陳代謝就沒有生命。一次蛋白合成的過程中,需要數(shù)種生命動力元素,因蛋白質(zhì)種類的不同,需要的生命動力元素也不同。如1分子的血紅蛋白含4個鐵離子。血紅素中的鐵離子是生物體吸氧脫氧的催化、激活動力中心。在缺乏生命動力元素時,蛋白質(zhì)(酶)在構(gòu)造上會因無法經(jīng)受活躍分子的強烈震蕩,而不能最終實現(xiàn)催化作用的功能。在生命動力元素的催化、激活動力作用下,蛋白質(zhì)(酶)的反應(yīng)速度能提高1萬倍左右。所以,體內(nèi)的新陳代謝是和生命動力元素密切相關(guān)的。生命動力元素是酶的原動力。生命動力元素的金屬離子以輔基的形式組成酶參加新陳代謝,在生命活動過程中起著極其重要的作用。這些具有特殊結(jié)構(gòu)的生命動力元素含水絡(luò)合離子,就是真正起生命最深層次的催化、激活動力作用的根本。生命動力元素可以使生命體代謝正?;?,使生命體的基因按照基因信息組合的蛋白(大部分是酶蛋白)正常運轉(zhuǎn)。例如,一根頭發(fā)中就有幾十億個蛋白高分子鏈;頭發(fā)生長1厘米,每一個蛋白高分子鏈上每秒要進行26次縮聚反應(yīng),在一根頭發(fā)的根部要進行上百億次的縮聚反應(yīng),而每一次縮聚反應(yīng)中都要靠生命動力元素的催化、激活作用,否則頭發(fā)是長不出來的。所以,人體中含水的生命動力元素離子是人體一切化學(xué)反應(yīng)過程的原動力。雖然生命動力元素本身不含有熱量,但是,它與蛋白質(zhì)和維生素反應(yīng)的同時,還控制著身體發(fā)育及其生理作用,促進人體健康生長,位于維持生命新陳代謝的中心位置。如果在DNA的復(fù)制、RNA的轉(zhuǎn)錄及蛋白質(zhì)生物合成過程中,沒有帶有生命動力元素金屬離子的解旋酶、聚合酶等生物酶,或者缺少生命動力元素金屬含水絡(luò)合離子或者被其他金屬離子所代替,生化過程中深層次催化、激活動力發(fā)生問題,就有可能在復(fù)制水平、轉(zhuǎn)錄水平及翻譯(蛋白質(zhì)的生物合成)水平上發(fā)生障礙,生化反應(yīng)就不能正常進行,細胞的新陳代謝就會受到影響,人就會患病。酶的作用對細胞活動具有重要意義。只有通過酶的作用,細胞才能獲得能量。細胞利用從植物中獲得的有機化合物營養(yǎng)素,通過細胞呼吸作用生成ATP這種化學(xué)能量。一種酶將細胞內(nèi)儲存的ATP分解為磷酸和ADP,這一分解過程最終產(chǎn)生細胞需要的能量被用于細胞活動中。酶分解ATP就好比是汽油的燃燒過程,酶分解ATP需要生命動力元素,就像汽油燃燒時需要充足的氧一樣重要。細胞也是同樣的,如果積蓄能量,其活動量將數(shù)倍增加。這種能量是否豐富將左右細胞的功能。即使儲存了豐富的基礎(chǔ)能量ATP,但沒有酶對其進行分解,也不能獲得細胞活動的能量。也就是說,根據(jù)酶的作用變化,細胞活動也會隨之活躍或者減退。為了產(chǎn)生細胞活動所需的能量,酶將每秒振動1萬次以上,這種使酶發(fā)生振動的原動力就是生命動力元素。細胞內(nèi)的基因產(chǎn)生出多種一次蛋白一構(gòu)造酶,為使酶產(chǎn)生活性,需要生命動力元素的催化作用。每種酶都需要不同的只適合于自己的生命動力元素(這被稱為酶對微量元素的選擇性),生命動力元素具有極強的催化作用,當它與配位的酶結(jié)合時,才能產(chǎn)生每秒1萬次以上的振動。所以,對于酶的活性來說,生命動力元素的作用是不可或缺的。缺乏生命動力元素,會導(dǎo)致酶的活性降低,也就無法高效分解ATP,就不能產(chǎn)生細胞活動所需的能量。生物酶(蛋白酶)對金屬離子具有高度的選擇性,有時一個蛋白分子中只有一個金屬離子,如羧肽酶有一個鋅離子,胰島素也有一個鋅離子,血紅蛋白有一個鐵離子,血藍蛋白中有一個銅離子。它們都通過絡(luò)合鍵的形式與蛋白酶結(jié)合,蛋白酶中的金屬離子通過活性中心參與酶的各種反應(yīng)。不同的蛋白質(zhì)只選擇相應(yīng)的金屬離子,用其他離子代替,則會失去活力。例如亮氨酸氨肽酶只選擇Mg2+和Mn2+;又如鐵硫蛋白中只需鐵離子,此時鐵與蛋白結(jié)合是通過硫形成共價鍵,這種鐵離子直接參與人體微觀的氧化還原作用,不斷使血液凈化。換成其他元素就起不了這種作用了。人類最重要的器官大腦中有數(shù)億個腦神經(jīng)細胞。腦的不同區(qū)域起不同的作用,有的專i門管記憶,有的管人體運動平衡等,不同區(qū)域的細胞所需的金屬離子不同。大腦是高級神經(jīng)細胞群聚區(qū),含有各種金屬元素,如腦中100克干細胞中含有20~30毫克鐵、0.3~0.6毫克銅、1.62毫克鋅、0.13毫克錳,還有L、Al、Si.Ag、Ni、Co、Mo、Ti、Gu等元素,盡管這些元素的量很少,但幾億個腦細胞缺少了這些元素都不行。如缺少某一種金屬,那么腦中某些細胞就會失去功能或失控,甚至引起神經(jīng)衰弱或神經(jīng)病。已知鋅與兩百多種酶有關(guān),鐵與幾十種酶有關(guān),錳和銅亦與數(shù)十種酶有關(guān),鉬與黃嘌啉氧化酶等有關(guān)。由于生命動力元素常作為酶的組成部分和激活劑,因此,應(yīng)該從生命動力源泉的高度來看待生命動力元素深層次的根本作用。生命動力元素直接作用于細胞活動的源泉基因。生命動力元素離子是大多數(shù)生物酶的基本組成部分,在生化反應(yīng)中起催化、激活動力作用,這種作用是生物合成的前提,在所有細胞結(jié)構(gòu)、代謝、能量和功能調(diào)節(jié)等方面起著重要作用。因而,生命動力元素是生物體內(nèi)重要的生命物質(zhì)。RNA和DNA究竟如何形成的?這就有必要進一步從最原始的,起源來加以闡明原始RNA和DNA之間定量關(guān)系。眾所周知,世界人類基因科學(xué)界為測定人類DNA基因組密碼子測序作了大量的研究,最終通過蛋白質(zhì)的測序確認人類DNA中能夠“編輯”出蛋白的有效基因數(shù)為3萬多個,比起線蟲多出2萬個,比果蠅多1萬個;故有人說人類基因沒啥優(yōu)越性!但是作者發(fā)現(xiàn)人類基因有至高無上的二個特色:
要有錳這樣一個金屬離子型元素,否則就失去催化動力作用:又如銅為細胞色素氧化酶的組成部分,參與細胞內(nèi)能量轉(zhuǎn)化過程,也對生殖,毛發(fā)有特殊作用:鉬也是作為黃嘌呤氧化酶,醛氧化酶必需的金屬催化動力元素;具有抗癌性的硒更是谷胱甘肽過氧化物酶的組成部分,據(jù)測每一個酶分子含有4個硒原子;具有生殖功能的鋅元素,更是DNA酶、RNA酶等各種酶催化體系的組成部分;鐵是人類血紅蛋白的重要組成部分,其中一個二價的鐵與四個卟啉環(huán)的氮原子相結(jié)合形成血紅素,有效地用來運載生態(tài)氧;鈷是維生素B12組成部分,也是合成蛋白質(zhì)所必需的因子,缺鈷引起嚴重的惡性貧血:又如人體大腦中的銣是酶的重要輔基成分,是與人類衰老有關(guān)的生命元素等;鉻過量引起人體中毒,但是適量的鉻起強化胰島素作用,是防止糖尿病的重要因素等等。遺憾的是,人們尚未認識到這些與生命相關(guān)元素的具有特殊結(jié)構(gòu)的含水絡(luò)合離子,就是真
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