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我们人之所以是活的，就因为蛋白质是活的，是一种微型的小机器。在我们的身体里面，有无数个这样微型的小机器在运动。

2021年12月19日，《科学》杂志公布了世界上十大科技突破，并且把AI预测蛋白质结构列在榜首。

什么是蛋白质？日常的观点认为蛋白质就是一个鸡蛋或者是一块肉。

但是，蛋白质的作用远远超过它是一种食物。

蛋白质在我们身体里面充当分子机器的角色，它是我们身体里面的打印机、运送卡车、电动机、通信器以及闸门。

蛋白质之所以能够充当分子机器，是因为蛋白质有空间结构。就像一块钢铁是死的，但是把它做成机器人，一块钢铁就有了空间结构，它就能够动作、就是活的。

能够穷尽蛋白质的秘密，就能够穷尽人体的秘密，而蛋白质的几乎全部秘密就在于它的空间结构。

▍什么是蛋白质结构？

蛋白质由氨基酸组成，仅仅由氨基酸组成的高分子结构，还不能算得上蛋白质，只能被称为多肽。

打一个比喻，多肽就是一个长的链条，这个链条上的环节就是氨基酸，氨基酸按照一定的序列排列就形成不同的多肽种类。

多肽经过折叠以后就有了空间上的结构，被称为蛋白质的构象，而且这种折叠要反复的折叠多次，才能最终形成一个执行特定功能的蛋白质分子。

蛋白质的多肽长链属于蛋白质的一级结构。

一级结构有两种折叠方式：一种是阿尔法折叠，一种是贝塔折叠。

一级结构折叠以后就变成蛋白质的二级结构，在二级结构的基础上再折叠一次就会变成蛋白质的三级结构。

多个具有三级结构的蛋白质，会组成一个复合蛋白质分子，这被称为蛋白质的4级结构。

蛋白质不折叠，仅仅是一个化学大分子，它折叠了以后就会变成分子机器，或者分子机器的一部分，这些分子机器真的能像我们通常见到的机器那样会运动。

就是这些分子机器，执行了几乎人体的全部生理功能。

▍分子机器有多厉害？

分子机器有很多种，我们介绍几种主要的分子机器。

第1种，遗传物质复印机。

遗传物质的复制是自己不能完成的，必须经过一个被称作核糖体的复制机器才能够完成。

这个核糖体，主要就是由核酸和蛋白质组成，大肠杆菌的核糖体里面有22种蛋白质。

核糖体由两块组成，一块是大的，一块是小的，大的和小的把遗传物质夹在中间，复印就开始。

分子机器会沿着遗传物质逐段读取编码，并且把周围的核酸、脱氧核糖核酸拉到装配匡，激活以后就可以装配成原来一模一样的遗传物质。

第2种，转运机器。

我们人体的细胞是由两层磷脂分子构成的，是一种亲水膜。

小分子物质，比如说水分子可以自由进出，但是大分子物质是被挡在细胞膜之外的。

因为这些大分子物质有的可能对细胞有害，到底选择哪一种物质进入细胞，这就需要一种转运蛋白质来运作。

转运蛋白是镶嵌在细胞膜上的一个分子机器，把需要的物质抓住以后转一个圈就可以释放到细胞膜内。

第3种，通信机器。

在细胞膜上还有一种蛋白质，它是用来和外界进行通信。

是人体细胞感受外界刺激的重要的分子器官，一般的情况下把这个分子机器称为受体。

受体感受细胞外面的化学物质的浓度，比如说是能够感受到激素，就启动细胞内部相应的生化反应。

新冠状病毒进入细胞内部，就是要用一个特殊的钥匙骗过这个受体器官，打开细胞膜。

第4种，运送机器。

这种运送机器一般被称为马达蛋白，负责在细胞内部把物质运送到特定的位置。

在我们细胞内部有一个有纤维蛋白丝构成的骨架，就像细胞内的高速公路一样，它一方面维持着细胞的结构，另一方面是马达蛋白运行的高速公路。

马达蛋白有一个长长的身体，下面长着两个脚。头部连接被运送的物质，两个脚交替在纤维蛋白丝上运动，在细胞内任意移动。

在我们人体里面20多种氨基酸一共组成了3600种多肽链，经过折叠以后会形成200亿种不同的蛋白质。

谷歌的研发团队开发了AI预测蛋白质结构的软件，可以模拟蛋白质从一级结构开始折叠，以及最后形成的样子。

同一条多肽的长链可以折叠成几个结果，如果错误折叠就会给人带来疾病。

在计算机上提前预测蛋白质折叠的空间结构，就可以深入的了解蛋白质可能的改变，以及可能对人体的作用。

▍蛋白质错误折叠会发生什么？

这种所谓的错误只是在我们人类看来对我们人是有害的，但是实际上在自然界中这种折叠仍然会发生。

所以对于自然，它是合理的。

蛋白质最著名的错误折叠方式是会形成一种毒蛋白，一般我们把它称为朊病毒蛋白。

朊病毒蛋白会干扰人的神经系统，最终会杀死神经细胞，尤其是脑细胞，造成大脑空心化，最终导致人类死亡。

朊病毒疾病很难诊断，而且无药可救，比任何其他的病毒危害性都大。

尤其是在初期发作的时候。只有人的症状表现出严重的行为障碍，比如说像痴呆症这种情况，才可能引起医疗方面的重视。

正式确认被朊病毒感染，要通过对大脑或者脊髓进行穿刺取样。但这通常是一个比较危险的手术。

在AI上预测蛋白质的折叠可以弄清楚蛋白质的行为，虽然不能治愈朊病毒疾病，但是有可能会给出预防性的措施。

以往科学家要揭秘一个蛋白质的三维结构，可能要用3~5年时间。200亿种蛋白质，如果纯粹靠人力来破译，等到太阳爆炸也无法完成。

但是现在用AI预测蛋白质的折叠，就只要10分钟就可以完成了。

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