为生活带来化学

生命通过化学发生，这是一个不言而喻的道理。从最近获得的诺贝尔奖来看，从分子角度解释细胞、组织和生物的工作原理被认为是化学领域的主要挑战之一。我们知道答案很复杂，但人们常说有一个共同的核心原理:生物分子有一种精妙的能力，能够从细胞周围随机移动的分子组分的泥沼中，有选择地识别和结合彼此。在这个故事中，分子识别的精心筛选创造了明确的途径，沿着这些途径，信息可以可靠地传递，从而创造出诺贝尔奖得主弗朗索瓦•雅各布叫做生命的逻辑。¹

信号的真理

你可能见过那些令人眼花缭乱的复杂示意图，这些示意图表示细胞之间的信号转导途径，并对它们的环境做出反应，信号通过精确的分子交换序列路由。在这些信号传递过程中，最重要的是蛋白激酶级联，其中来自细胞外的信号——例如生长因子与膜蛋白的结合——启动了一系列反应，其中激酶酶介导磷酸盐向其他物质的转移。

毫无疑问，生命化学是由识别控制的分子相互作用序列这一图景包含了一些真理。但是，它似乎已经逐渐从一种总结实验结果的方便方式，转变为一种假设的细胞分子功能的文字图片。它鼓励人们把细胞及其组成部分看作机器，像齿轮和曲轴一样以线性方式相互联系和传递影响。你只需要看看那些诱人的令人愉快的细胞“分子机器”的工作动画，就能知道哪里出了问题。一种蛋白质进入，抓住它的伙伴，完成它的工作，然后再次发射。这纯粹是目的论——用化学术语来说，是荒谬的。

也有很多实证理由怀疑这一图景。例如，许多抗癌药物已经被开发出来，以破坏被认为对细胞分裂至关重要的激酶途径，从而阻止癌细胞增殖——但事实证明确实如此没有有用的效果在所有。²啊，解释来了:细胞只是激活了另一条通路。但这就假定了一种分子水平上并不存在的作用。

在以分子识别为基础的细胞信息管理的解释中，一个特别的问题是在转录因子的作用中发现的，转录因子调节基因的表达，对细胞如何获得它们的特殊命运至关重要。其中许多是与DNA结合的蛋白质，但它们对基因序列的选择性远非高非常混乱，^3.并且看起来集体行动在某种程度上。⁴事实上，它们中的大多数也是本质上无序的蛋白质动态和松散在它们游离的构象中有选择性识别的能力。⁵

再来看看基因调控似乎是如何涉及被称为染色质的dna -组蛋白复合物的包装和拆封的。这对于细胞如何形成特定的命运非常重要，但人们对此知之甚少。通常描述的机制包括几种不同的dna结合蛋白和蛋白质组合，与染色质环的特定配置合作汇集相对较远的部分。⁶对于化学家来说，在一个拥挤的细胞中偶遇所有这些元素，每种元素的结合寿命都是有限的，看起来几乎不可能。

集中资源

到底发生了什么?目前最流行的基于染色质的基因调控理论之一提出，液相分离形成了一个转录因子池-冷凝的水滴-其中含有许多可能激活特定基因所需的成分。⁷这样，细胞就不会受到个别分子随机游荡的摆布。

与此同时，具有低结合选择性的转录因子可能对基因活性产生特定的、决定性的影响，这可能是由一系列单独传递的低特异性结合事件所解释的少的信息，但通过一个集体，非平衡过程．^8、9

要弄清楚细胞使用的详细分子结构还需要做很多工作，但这些想法已经标志着一个深刻的转变，即承认生命的真正化学需求。就其本身而言，基于部件的机械匹配的分子识别是一个隐喻，它已经与神经系统有有限的关联分子的动态格局．¹⁰但更大的图景也需要承认分子结合的随机性和动态平衡可以被约束、利用，甚至可能在信息传递中使用。