2005-10-12 13:39:34MorNiNgGrAcE
生命爲何偏愛螺旋結構
這文章粉可愛~
==
雖然人類設計建築與馬路時均偏好於筆直的線條，但大自然的選擇對此並不贊同，而更傾向於螺旋狀的捲曲結構。小到決定生命形態的DNA結構，乃至關乎我們後天性狀美醜的蛋白質結構及我們賴以生存的食物的主要組分澱粉，無一例外是螺旋結構。欲瞭解是什麽決定了這樣的自然選擇及這種結構的益處，讓我們走近螺旋。
■生物大分子螺旋
生物大分子DNA、蛋白質、澱粉、纖維素的結構中都存在著螺旋結構。我們所熟知的遺傳物質DNA是雙螺旋結構，它包含著人體的遺傳信息。在受精卵中父系與母系的各一條鏈相結合，就誕生了綜合二者資訊的新的生命。DNA最重要的結構是雙螺旋結構，但也可以形成其他結構,當雙螺旋體的一部分解開時，其中一條DNA鏈可以折疊回去，形成了三螺旋或其他結構。
與DNA雙螺旋結構相比，蛋白質中的螺旋是由氨基酸經脫水組成的單鏈螺旋，蛋白質末端運動自由度較大，可以組成三圈螺旋，三圈螺旋還可以轉變成折疊形狀。從這種意義上講，折疊是螺旋的一種特殊形式。
人體中的蛋白質就是螺旋與折疊結構複合而成的複雜結構。比如，人體中重要的蛋白質——膠原蛋白就是由三條肽鏈擰成“草繩狀”三股螺旋結構，其中每條肽鏈自身也是螺旋結構。人體中有16%左右是蛋白質，膠原蛋白占體內蛋白質總量的30%～40%，主要存在於皮膚肌肉、骨骼、牙齒、內臟與眼睛等處。
除遺傳物質與蛋白質外，我們的主要食物澱粉的結構和所穿衣物(棉)中的主要成分棉纖維，也多是螺旋結構。
■螺旋生物體
不僅生物大分子採取了螺旋的構型，而且有時整個生物體的形狀或生物體的組成部分也可以是螺旋體。我們熟悉的螺旋藻就是這樣的一種生物，其得名就是由於其形體在顯微鏡下觀察時呈螺旋狀的緣故。螺旋藻是地球上最早出現的光合生物，研究表明，螺旋藻是所有已被發現的生物中營養成分最豐富，最全面，最均衡的海洋生物。它的細胞壁是由多糖類物質構成，極易被人體消化吸收，吸收率可達95%以上。此外，螺旋藻還富含胡蘿蔔素，亞麻酸和亞油酸等活性物質，有清除血脂、疏通血管和保持血管彈性的作用，對防治心、腦血管疾病很有益處。螺旋藻是人類的朋友，而下面的另一種螺旋狀的生命體就不能算是人類的朋友。
寄居在胃裏的幽門螺旋桿菌，也是因其呈杆狀、螺旋形而得名。胃液對許多細菌具有強烈的殺傷力，但對幽門螺旋桿菌卻奈何不得。幽門螺旋桿菌埋藏在胃壁表面的黏膜下方，能夠分泌一種物質來中和周圍環境中的強酸，這是其過人之處。幽門螺旋桿菌很愛挑釁我們的免疫系統，往往激怒免疫系統發動初步的無情攻擊，導致發炎反應。因此感染幽門螺旋桿菌的人，會出現沒有症狀的胃炎(也就是胃粘膜發炎)。人進入中年之後，會很容易得這些病，這都是幽門螺旋桿菌的禍害所致。
除上述生物體本身呈螺旋狀外，而有些生物卻借助螺旋形狀實現它們獨特的功能。水黽就是利用其腿部特殊的微納米螺旋結構效應在水面上行動自如，即使在狂風暴雨和急速流動的水流中也不會沈沒而下沈。原來，這些取向的微米剛毛和螺旋狀納米溝槽的縫隙內可以有效吸附空氣，在其表面形成一層穩定的氣膜，阻礙了水滴的浸潤，從而表現出水黽腿的超疏水(即不浸水)特性。對其腿的力學測量表明：僅僅一條腿在水面的最大支援力就達到了其身體總重量的15倍。
■生命爲何愛螺旋？
由上述得知，大自然幾乎到處都存在螺旋。螺旋結構是自然界最普遍的一種形狀，許多在生物細胞中發現的微型結構都採用了這種構造。那麽，爲何大自然對這種結構如此偏愛呢？在近期的《科學》雜誌報道了這一現象的數學解釋。
美國賓州大學的蘭德爾·卡緬教授指出，從本質上來看，在擁擠的細胞(例如一個細胞裏的DNA)中，非常長的分子聚成螺旋結構是一個較佳的方式。在細胞稠密而擁擠的環境中，長分子鏈經常採用規則的螺旋狀構造。這一構造有兩點好處：可以讓資訊緊密地結合其中；還能夠形成一個表面，允許其他微粒在一定的間隔處與它相結合。例如，DNA的雙螺旋結構允許進行DNA轉錄和修復。
卡緬教授通過一個模型說明了這個問題：把一個能隨意變形、但不會斷裂的管子浸入由硬的球體組成的混合物中，管子就像是一個存在於十分擁擠的細胞空間中的一個分子。觀察發現對於短小易變形的管子而言，U形結構的形成所需的能量最小，空間也最少。而它的U形結構，在幾何學上與螺旋結構最爲近似。
卡緬指出：“看來，分子中的螺旋結構是自然界能夠最佳地使用手中材料的一個例子。DNA由於受到細胞內的空間局限而採用雙螺旋結構，就像是由於公寓空間局限而採用螺旋梯的設計一樣。”這是生物大分子採取螺旋結構的合理的數學解釋。然而爲何生物體也以螺旋結構的形狀存在的原因仍不清楚，還有待進一步的研究。
摘自 http://www.bioweb.com.tw/feature_content.asp?ISSID=838&chkey1
==
雖然人類設計建築與馬路時均偏好於筆直的線條，但大自然的選擇對此並不贊同，而更傾向於螺旋狀的捲曲結構。小到決定生命形態的DNA結構，乃至關乎我們後天性狀美醜的蛋白質結構及我們賴以生存的食物的主要組分澱粉，無一例外是螺旋結構。欲瞭解是什麽決定了這樣的自然選擇及這種結構的益處，讓我們走近螺旋。
■生物大分子螺旋
生物大分子DNA、蛋白質、澱粉、纖維素的結構中都存在著螺旋結構。我們所熟知的遺傳物質DNA是雙螺旋結構，它包含著人體的遺傳信息。在受精卵中父系與母系的各一條鏈相結合，就誕生了綜合二者資訊的新的生命。DNA最重要的結構是雙螺旋結構，但也可以形成其他結構,當雙螺旋體的一部分解開時，其中一條DNA鏈可以折疊回去，形成了三螺旋或其他結構。
與DNA雙螺旋結構相比，蛋白質中的螺旋是由氨基酸經脫水組成的單鏈螺旋，蛋白質末端運動自由度較大，可以組成三圈螺旋，三圈螺旋還可以轉變成折疊形狀。從這種意義上講，折疊是螺旋的一種特殊形式。
人體中的蛋白質就是螺旋與折疊結構複合而成的複雜結構。比如，人體中重要的蛋白質——膠原蛋白就是由三條肽鏈擰成“草繩狀”三股螺旋結構，其中每條肽鏈自身也是螺旋結構。人體中有16%左右是蛋白質，膠原蛋白占體內蛋白質總量的30%～40%，主要存在於皮膚肌肉、骨骼、牙齒、內臟與眼睛等處。
除遺傳物質與蛋白質外，我們的主要食物澱粉的結構和所穿衣物(棉)中的主要成分棉纖維，也多是螺旋結構。
■螺旋生物體
不僅生物大分子採取了螺旋的構型，而且有時整個生物體的形狀或生物體的組成部分也可以是螺旋體。我們熟悉的螺旋藻就是這樣的一種生物，其得名就是由於其形體在顯微鏡下觀察時呈螺旋狀的緣故。螺旋藻是地球上最早出現的光合生物，研究表明，螺旋藻是所有已被發現的生物中營養成分最豐富，最全面，最均衡的海洋生物。它的細胞壁是由多糖類物質構成，極易被人體消化吸收，吸收率可達95%以上。此外，螺旋藻還富含胡蘿蔔素，亞麻酸和亞油酸等活性物質，有清除血脂、疏通血管和保持血管彈性的作用，對防治心、腦血管疾病很有益處。螺旋藻是人類的朋友，而下面的另一種螺旋狀的生命體就不能算是人類的朋友。
寄居在胃裏的幽門螺旋桿菌，也是因其呈杆狀、螺旋形而得名。胃液對許多細菌具有強烈的殺傷力，但對幽門螺旋桿菌卻奈何不得。幽門螺旋桿菌埋藏在胃壁表面的黏膜下方，能夠分泌一種物質來中和周圍環境中的強酸，這是其過人之處。幽門螺旋桿菌很愛挑釁我們的免疫系統，往往激怒免疫系統發動初步的無情攻擊，導致發炎反應。因此感染幽門螺旋桿菌的人，會出現沒有症狀的胃炎(也就是胃粘膜發炎)。人進入中年之後，會很容易得這些病，這都是幽門螺旋桿菌的禍害所致。
除上述生物體本身呈螺旋狀外，而有些生物卻借助螺旋形狀實現它們獨特的功能。水黽就是利用其腿部特殊的微納米螺旋結構效應在水面上行動自如，即使在狂風暴雨和急速流動的水流中也不會沈沒而下沈。原來，這些取向的微米剛毛和螺旋狀納米溝槽的縫隙內可以有效吸附空氣，在其表面形成一層穩定的氣膜，阻礙了水滴的浸潤，從而表現出水黽腿的超疏水(即不浸水)特性。對其腿的力學測量表明：僅僅一條腿在水面的最大支援力就達到了其身體總重量的15倍。
■生命爲何愛螺旋？
由上述得知，大自然幾乎到處都存在螺旋。螺旋結構是自然界最普遍的一種形狀，許多在生物細胞中發現的微型結構都採用了這種構造。那麽，爲何大自然對這種結構如此偏愛呢？在近期的《科學》雜誌報道了這一現象的數學解釋。
美國賓州大學的蘭德爾·卡緬教授指出，從本質上來看，在擁擠的細胞(例如一個細胞裏的DNA)中，非常長的分子聚成螺旋結構是一個較佳的方式。在細胞稠密而擁擠的環境中，長分子鏈經常採用規則的螺旋狀構造。這一構造有兩點好處：可以讓資訊緊密地結合其中；還能夠形成一個表面，允許其他微粒在一定的間隔處與它相結合。例如，DNA的雙螺旋結構允許進行DNA轉錄和修復。
卡緬教授通過一個模型說明了這個問題：把一個能隨意變形、但不會斷裂的管子浸入由硬的球體組成的混合物中，管子就像是一個存在於十分擁擠的細胞空間中的一個分子。觀察發現對於短小易變形的管子而言，U形結構的形成所需的能量最小，空間也最少。而它的U形結構，在幾何學上與螺旋結構最爲近似。
卡緬指出：“看來，分子中的螺旋結構是自然界能夠最佳地使用手中材料的一個例子。DNA由於受到細胞內的空間局限而採用雙螺旋結構，就像是由於公寓空間局限而採用螺旋梯的設計一樣。”這是生物大分子採取螺旋結構的合理的數學解釋。然而爲何生物體也以螺旋結構的形狀存在的原因仍不清楚，還有待進一步的研究。
摘自 http://www.bioweb.com.tw/feature_content.asp?ISSID=838&chkey1