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酶为什么具有高效性和专一性?

已有 7796 次阅读 2021-8-2 13:26 |个人分类:随想|系统分类:科普集锦

      在一个特定的体系中,物质分子的布朗运动,以及与环境中其它种类分子之间的相互作用,使得含有“共享能量传递介体”的不同能量传递单元之间的比例时刻发生着变化,而且这种变化具有随机性,这便使得特定环境中含有“共享能量传递介体”的能量传递单元具有不稳定性。这一不稳定性进而导致所属体系结构和功能的不稳定。细胞生物学的发展已经表明,生物细胞的结构和功能是相对稳定的,这就说明,一个结构和功能不稳定的非生物体系不可能演化成生物。反过来讲,生物的出现说明,“共享能量传递介体”的“共享”特性在生物源起的过程中被逐渐弱化,甚至被功能专一的能量传递介体所取代,结果便是,共享能量传递介体逐渐演变为只对应特定能量供体和能量受体的能量传递介体

    尽管功能专一的能量传递介体使得其所属能量传递单元的结构组成稳定性得到保障,然而,其与能量供体和能量受体组成完整能量传递单元的几率却降低。例如,狼既可以吃羚羊,又可以吃兔子。假设现在在狼群中出现了一匹变异了的狼,该狼只吃兔子且捕获兔子的能力与正常的狼相同。可想而知,变异狼的功能专一性更强,但遇到食物的几率要比正常的狼更低,被饿死的几率也就随之增加,进而表现为能量传递能力降低。该变异狼要想与正常狼具有相似的能量传递能力,唯一的途径便是提升其捕获兔子的能力。当捕获兔子的能力得到提升后,该变异狼被饿死的几率便会降低,进而表现为能量传递能力增强。然而,捕获兔子能力的提升,意味着兔子可能会被更快的吃光,进而以兔子作为唯一食物的变异狼被饿死的几率也随之增加。也就是说,随着时间的推移,变异狼有可能又会表现为能量传递能力降低。为与“专一性”相对应,我们用能量传递效率来表征能量传递能力。那么,当能量传递能力提升后,能量传递介体的能量传递效率增加,即表现为“高效性”。能量传递介体能量传递能力的高效性,增强了所属能量传递单元的能量平衡能力,但随着时间的推移,能量传递单元的结构组成不稳定性也有可能随之增加。

    综上所述,能量传递介体的专一性使得其所属能量传递单元的结构组成相对更加稳定,但能量平衡能力减弱;能量传递介体的高效性使得其所属能量传递单元的能量平衡能力增强,但结构组成更加脆弱。能流进化论认为,能量传递介体的能量传递能力的高效性和专一性相互影响、相互制约,二者的统一使得该能量传递介体所属能量传递单元的能量平衡能力得以更好的适应环境的需求,也就有存在下去的可能。酶在构成细胞结构和功能的基本结构单元(能量传递单元)中起能量传递介体的作用,因而各种催化酶具有高效、专一的特性




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