《科学通报》
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人体有多少种蛋白质？
2020-11-27 12:53:002005年Science提出了“人体内有多少个蛋白质?” 这一科学问题。随着人类基因组计划的不断完善, 以及“后基因组时代”在蛋白质组学方面研究的不断深入, 科学家们都尝试来回答这一有趣的问题。至今为止, 科学家们对人体内蛋白质具体数量还没有达成共识。
《科学通报》特邀四川大学苏丹教授等撰文“人体有多少种蛋白质”，结合真核模式生物的进化、基因编码、蛋白质修饰以及当前蛋白质组学技术发展, 综合分析人体内可能存在多少种蛋白质。
蛋白质是人体中所必需的生命物质，直接参与人体生命各项活动。我们纷繁复杂的生命活动需要大量的不同种类的蛋白质来完成。但是奇妙的是，生命体中的蛋白质仅仅由20个氨基酸组成，这些氨基酸经过不同长度及排列组合可以组成数量庞大的蛋白质种类。
以一个由100个氨基酸组成的蛋白质为例, 其理论上可以拥有的种类为20100=1.268×10130。将所有的这些蛋白一个一个排列的话将会是无法想像的数量，这个数量比太阳的体积还要大几十个数量级。 如果再将蛋白质不同长度考虑进去的话, 那理论上种类更加无法想像。
显然在地球上的生命体中不可能有这么多种的蛋白质存在。那么到底“人体内有多少种蛋白质”呢?
当“人体内多少种蛋白质”这个问题被提出后，科学家们纷纷尝试对此作出解答。我们知道人类基因组中含有约2.4万个基因，但是蛋白质种类却有5万多种甚至更多，显然经典分子生物学中的“一个基因只表达一个蛋白质”无法对此做出解释。在这里，我们将从单个基因如何合成蛋白质的全过程，来说明为什么蛋白质会有那么多种类，希望对回答蛋白质数目这一问题提供参考。
首先，基因是细胞合成蛋白质的蓝图。基因一旦突变，体现在最终形成的蛋白质结构和功能上具有明显的差异。
例如你知道为什么有人饮酒后常出现脸红、头晕、心跳加快等反应吗?就是因为他们体内的乙醛脱氢酶异常很难代谢乙醇的氧化产物乙醛，而这个酶的改变也仅仅是因为基因上发生了一点小小的变化。
其次，基因并不是直接会变成蛋白质的，而是先产生一些RNA再生成蛋白质。中间的桥梁RNA可以有不同的连接方式从而产生不同种类的蛋白质。如降钙素基因就是因为这个原因可能生成降钙素也可能生成另外一种与降钙素不同的产物。
此外，最后形成的蛋白质也存在着剪接作用，就是可能它们中间的一些片段被去掉然后又被重新连接起来，从而形成新的蛋白质。目前，在真细菌、古细菌和真核生物中都有发现这种情况的存在，但在人中还没有发现。
同时，一些前体蛋白经过不同程度的酶解可能会形成许多种不同的中间产物，而且生成的蛋白质也可能会被不同程度的修饰导致其结构的改变从而具有不同的功能，这也与生命活动的调控作用息息相关。
最后，你知道大部分疫苗中的主要成分是什么吗?它们是一类叫抗体的蛋白质，就是它们在我们体内的免疫反应中有着重要的作用，帮我们抵御其他物质的进攻。也正是因为有各种各样不同的物质会进攻人体，人体也就会相应通过不同的反应去抵御，所以也就会产生不同种类的数量庞大的抗原，理论上在一个人体内可能存在1011个不同的抗体，这是一个非常庞大的数字，然而也仅仅是人体内蛋白质的一类。
总之，随着蛋白质鉴定技术的进步，人体中蛋白质数量的问题已经不再局限于一个基础生命科学问题，而是可以通过分析蛋白种类及数量的变化，分析出机体在功能层面的改变。相信在不久的将来，我们可以越来越深刻地认识到蛋白质多样性的生物学意义。
文/王美林, 张润东, 苏丹
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