2005年Science提出了「人體內有多少個蛋白質?」 這一科學問題。隨著人類基因組計劃的不斷完善, 以及「後基因組時代」在蛋白質組學方面研究的不斷深入, 科學家們都嘗試來回答這一有趣的問題。至今為止, 科學家們對人體內蛋白質具體數量還沒有達成共識。
《科學通報》特邀四川大學蘇丹教授等撰文「人體有多少種蛋白質」，結合真核模式生物的進化、基因編碼、蛋白質修飾以及當前蛋白質組學技術發展, 綜合分析人體內可能存在多少種蛋白質。
蛋白質是人體中所必需的生命物質，直接參與人體生命各項活動。我們紛繁複雜的生命活動需要大量的不同種類的蛋白質來完成。但是奇妙的是，生命體中的蛋白質僅僅由20個胺基酸組成，這些胺基酸經過不同長度及排列組合可以組成數量龐大的蛋白質種類。
以一個由100個胺基酸組成的蛋白質為例, 其理論上可以擁有的種類為20100=1.268×10130。將所有的這些蛋白一個一個排列的話將會是無法想像的數量，這個數量比太陽的體積還要大幾十個數量級。 如果再將蛋白質不同長度考慮進去的話, 那理論上種類更加無法想像。
顯然在地球上的生命體中不可能有這麼多種的蛋白質存在。那麼到底「人體內有多少種蛋白質」呢?
當「人體內多少種蛋白質」這個問題被提出後，科學家們紛紛嘗試對此作出解答。我們知道人類基因組中含有約2.4萬個基因，但是蛋白質種類卻有5萬多種甚至更多，顯然經典分子生物學中的「一個基因只表達一個蛋白質」無法對此做出解釋。在這裡，我們將從單個基因如何合成蛋白質的全過程，來說明為什麼蛋白質會有那麼多種類，希望對回答蛋白質數目這一問題提供參考。
首先，基因是細胞合成蛋白質的藍圖。基因一旦突變，體現在最終形成的蛋白質結構和功能上具有明顯的差異。
例如你知道為什麼有人飲酒後常出現臉紅、頭暈、心跳加快等反應嗎?就是因為他們體內的乙醛脫氫酶異常很難代謝乙醇的氧化產物乙醛，而這個酶的改變也僅僅是因為基因上發生了一點小小的變化。
其次，基因並不是直接會變成蛋白質的，而是先產生一些RNA再生成蛋白質。中間的橋梁RNA可以有不同的連接方式從而產生不同種類的蛋白質。如降鈣素基因就是因為這個原因可能生成降鈣素也可能生成另外一種與降鈣素不同的產物。
此外，最後形成的蛋白質也存在著剪接作用，就是可能它們中間的一些片段被去掉然後又被重新連接起來，從而形成新的蛋白質。目前，在真細菌、古細菌和真核生物中都有發現這種情況的存在，但在人中還沒有發現。
同時，一些前體蛋白經過不同程度的酶解可能會形成許多種不同的中間產物，而且生成的蛋白質也可能會被不同程度的修飾導致其結構的改變從而具有不同的功能，這也與生命活動的調控作用息息相關。
最後，你知道大部分疫苗中的主要成分是什麼嗎?它們是一類叫抗體的蛋白質，就是它們在我們體內的免疫反應中有著重要的作用，幫我們抵禦其他物質的進攻。也正是因為有各種各樣不同的物質會進攻人體，人體也就會相應通過不同的反應去抵禦，所以也就會產生不同種類的數量龐大的抗原，理論上在一個人體內可能存在1011個不同的抗體，這是一個非常龐大的數字，然而也僅僅是人體內蛋白質的一類。
總之，隨著蛋白質鑑定技術的進步，人體中蛋白質數量的問題已經不再局限於一個基礎生命科學問題，而是可以通過分析蛋白種類及數量的變化，分析出機體在功能層面的改變。相信在不久的將來，我們可以越來越深刻地認識到蛋白質多樣性的生物學意義。
文/王美林, 張潤東, 蘇丹
本文來自《科學通報》