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【中国科学报】陈宜张:究脑穷源探细胞

来源: 河南康好医院 更新时间:2015-01-21

今年87岁的陈宜张院士,桃李遍医界,成果达九畹,他依然放眼神州,科研不息,耕耘不止。他长期执教,深受学生爱戴,被解放军总后勤部授予“科学技术一代名师”称号。

 
陈宜张的“精确细胞生物学”论断
 
2012年11月21日,陈宜张院士作为发起人,在中国科学院科学会堂召开了“科学技术前沿论坛”第17次讨论会,到会全国各地细胞生物学、化学、物理学专家共约70余人,陈宜张在会上提出了“精确细胞生物学”的论断。下文节选自陈宜张院士在会议上的开幕词:
 
活细胞蛋白大分子定位和定量问题
 
细胞内许多化学反应的参与者中,有大分子,有小分子。我们今天选择讨论的是细胞内蛋白大分子,当然,核酸也是大分子。设想一下,细胞内的化学反应,会在什么情况下发生?细胞内大分子间的化学反应能否发生,发生的强度与方向(产热,吸热)如何,从经典(牛顿)力学的范畴看,取决于参与化学反应分子的存在部位(localization),它的局域浓度,和它存在的时间。
 
有一种可能是,像线粒体内的蛋白质,它的浓度非常高,反应在高浓度下发生;另一种可能的形式是,化学反应发生在溶解于细胞浆内或核浆内的溶液中,但胞浆内大分子的浓度一般很低,发生反应的几率应该很低(但不是没有可能);多而具生物学意义的大分子的分布,可能是具有一定的局域特异性,有高的、一定的局域浓度,主要在一定范围内与其他分子起反应,这类反应可能正是我们在努力寻找,并试图澄清其发生条件的反应。
 
如果不考虑时间因素,假定相互作用的分子们可以同时存在,那么细胞内大分子活动重要的参数,就是它们存在于什么局域(domain)(定位问题),以及它以多大浓度存在(定量问题)。但恰恰就在这些方面,当前的细胞生物学研究仍然存在重大不足,这是一个重大问题。这也就是为什么我们要重视细胞内大分子定位和定量问题,和思考问题的出发点。
 
已有一些报告,测算出酵母细胞在有丝分裂时蛋白分子的局域浓度,结果发现,有些蛋白分子的局域浓度与整体(global)浓度相比,可以相差几千倍,而真正对细胞功能重要的却是局域浓度。
 
大分子定位和定量问题如此重要,但我们的知识显得还很薄弱,许多数据,都是根据用人工方法把数以万计的细胞裂解,破坏了细胞完整性而得,所谓浓度,往往是裂解物(lysale)的浓度,是一个平均浓度;亚细胞定位信息丧失殆尽!
 
精确细胞生物学
 
在极微小空间、极低浓度下会出现测不准原理之类的问题。前面我们假定,讨论的对象是在一定浓度、一定定位条件下的大分子运作。事实上,当分子浓度很低,空间极微小,而测量仪器的准确度又达不到分子直径,分子运动维度的时候,仪器不可能提供准确信息。例如,在一个微小体积内,分子的数目,可以没有(0个),或1个,平均是几个呢?是0.5个?但瞬时分子是不能分为半个的,这时测到的平均数据就不是准确反映细胞内原貌的了。那么,我们能够在多迅速的时间尺度上测定一个确定的微小体积内的分子数目呢?这里肯定存在一个极限。量子力学有所谓“测不准”原理。我们的测定是否也会出现类似的那种“测不准”。当然,这就是一个统计学问题了。
 
我们将要讨论的问题,是在定量生物学基础上又向前迈进一步,可以称之为定量细胞生物学(Quantitative Cell Biology),但这种命名不包括定位的意思,如果把定位意思包括进去,将来一定还要包括时间(t)因素。在科学上,有一个准确而又能启发人们思维的名词,有时会有意想不到的推动作用,我们是否可以称之为精确细胞生物学(Precision Cell Biology)。