肿瘤是进化过程中的原始生命形态
山西生物应用职业技术学院 030031 堐榜琴
山西亚宝药业集团肿瘤研究所 张建国
生物进化的观点认为:细胞从分裂到分化是进化的重演,包含了进化的全部信息。因此从进化过程中寻找肿瘤的蛛丝马迹,不失为一种新的研究方法。笔者的研究结果表明:肿瘤是进化过程中的原始生命形态,其发生的原因是氧的转换机制受阻,虽然有氧存在,但不能有效地利用氧,使细胞停留在原始的生命状态。
一、肿瘤是进化过程中的原始生命形态
生命的历史可分为两个重要时期,即光和氧出现前后这两个时期。第一个时期大约是在30亿年前,地球上非常炽热,一片漆黑,四周围绕着很厚的水蒸气,没有光和氧,大气层是强还原性的,只有电子供体而没有电子受体。在这样的环境中蛋白质必然是电子配对和能带饱和的,由这样的蛋白质所组成的生命体,其功能主要是发酵与增值,诺贝尔奖金获得者圣—乔其将这样的生命状态称为“α态”,即增殖态,肿瘤就属于生命的“α态”。当地球上出现氧之后,由于氧是一种氧化剂,是电子受体,它可以使蛋白质的性质发生深刻变化,从而导致分化,使原始生命进入一个新状态,圣—乔其将这一时期的生命状态称为“β态”,即分化态。
氧并不是一经出现就立刻发挥作用,它同样需要一个漫长的进化过程,因为氧不可能直接接受电子,如果是那样的话,原始的生命体就会被燃烧,分化就无从谈起。另外氧为两价电子受体,它成双地接受电子,因而会很简单地氧化掉一个整电子对,使得分子变小,而不能形成自由基。现在已经知道,原始生命的进化过程是自由基引发的[1、2],如果不能形成自由基,蛋白质就不可能形成越来越复杂的结构,也就不可能有分化存在,因此氧在发挥作用之前,必须由两价电子受体转变为单电子受体,只有这样才能为分化开辟道路,否则即使有氧的存在,也不能被有效地利用,原始生命将仍然处于“α态”。
氧由两价电子受体转变为单电子受体,这是进化过程中的一次飞跃,没有这个飞跃,就没有分化,也就没有高级生命的诞生,但是直到今天,人们还没有认识到这个问题的重要性,总是把氧接受电子看成是理所当然的事情,殊不知肿瘤的发生就是氧的转换机制受阻,虽然有氧存在,但不能有效地利用氧,使细胞停留在原始的生命状态—“α态”。
二、氧由两价电子受体转变为单电子受体的进化历程
氧(O2)出现之后,面对蛋白质中最多的元素自然是碳(C)元素,如果O不是和
另一个O相连,而是与C相连形成C=O,情况就不同了,羰基是单电子受体,但是C=O的电子系统太小,以致于不能收容附加的全部电子,但是如果把两个C=O连在一起,两个π电子体系就会融合成一个较大的π体系,而它却是一个强的单电子受体。最简单的二羰基化合物是乙二醛,最简单的酮醛化合物甲基乙二醛。直到今天,通过
A. Pullman的计算,甲基乙二醛仍被认为是最好的单电子受体。圣—乔其坚定地认为:氧就是通过将自己转化为甲基乙二醛来接受电子的,甲基乙二醛是最初的电子受体,
氧是最终的电子受体。
甲基乙二醛是怎样将接受来的电子传递给氧的呢?甲基乙二醛与氧都属于电子受体,它们不可能形成复合物,更不可能发生化学反应,因此甲基乙二醛将电子传递给氧,也存在一个进化过程。原始生命体在进化过程中形成了生物胺类化合物,而甲基乙二醛能与各种生物胺类化合物迅速形成复合物,这种复合物又能与氧形成更大的复合物,而且仅仅由于氧的参与,使大分子复合物的生成成为自动催化反应[3],在大分子复合物中,氧被彻底活化了,甲基乙二醛把接收来的电子在复合物中顺利传递给了氧,这样氧的活化、转换、接受电子就形成了一个完整的系统。由于大分子复合物的生成是自动催化反应,从而保证了生命体内大量需氧的要求。
三、大分子复合物的基本特性
1.大分子复合物有一个异乎寻常的特性,它可以催化葡萄糖分子裂解生成甲基乙二醛,而甲基乙二醛又能与生物胺和氧生成大分子复合物,这样就保证了大分子复合物在细胞中的基本含量。为了保持大分子复合物含量稳定,在进化过程中细胞产生了两种酶,一是乙二醛酶,它能把过多的甲基乙二醛转化为D—乳酸;二是醛糖还原酶,它能把过多的甲基乙二醛转化为1、2—丙二醇。
2.细胞一旦丧失大分子复合物,在没有外力帮助下,就永不能自动合成,细胞将永远停留在“α态”。一方面是因为甲基乙二醛的产生要靠大分子复合物来催化,二者是相互依存的关系,没有大分子复合物就没有甲基乙二醛,没有甲基乙二醛,大分子复合物就失去了生成的源泉;另一方面是因大分子复合物生成属于自动催化反应,它丧失后,既是组成大分子复合物的成分存在,也失去了自动催化的性质。
3. 大分子复合物只有在弱碱性条件下才能生成,如果细胞中PH值降低,同样会丧失对氧的利用机会。
4. 大分子复合物属于稳定的双自由基,它能与含巯基的蛋白质形成复合物,并接受蛋白质中的一个电子,使蛋白质变成自由基或半导体,但复合物内部的电荷相互抵消,对周围不会产生什么影响。
四、大分子复合物在细胞由“α态”向“β态”转变中的核心作用
在进化过程中形成的大分子复合物,不但解决了能量供应问题,而且在细胞由“α态”向“β态”转变过程中起核心作用。在“α态”世界中,由于没有氧,电子供体必然占主导地位,在电子供体中,巯基是最强的电子供体,在增值过程中必然发挥着重要作用,现在人们仍将巯基称为细胞分裂激素[4]。基因的激活依赖于对应的转录因子被激活,而转录因子的活性依赖于巯基活性,在氧出现之前,所有转录因子的巯基都处于游离状态,因此所有的基因也就处于激活状态,所有基因都处在转录过程中,其实就是DNA的复制,因此细胞分裂要求电子供体占绝对的主导地位。当大分子复合物形成之后,使这种情况发生了改变,因为大分子复合物有一种特性:它能与各种巯基化合物迅速形成复合物,但不同的巯基化合物反应强度相差较大[5],当大分子复合物浓度确定之后,一部分转录因子处于激活状态,另一部分转录因子处于灭活状态,这便产生了分化。
不同细胞中大分子复合物的组成不尽相同,浓度高低也有差别,这是产生多细胞
生物体的基础,如果只有一种大分子复合物,并且浓度被确定,就只能形成单细胞生物体。保持大分子复合物浓度相对稳定,是保持细胞正常功能的基础。在进化过程中,细胞形成了多种机制确保大分子复合物浓度的稳定,如:乙二醛酶、醛糖还原酶、小分子巯基化合物等。但是由于大分子复合物的生成是自动催化反应,随着时间的推移,浓度会越来越高,这是不以人们的意志为转移的。大分子复合物浓度升高,一些功能基因就要被灭活,对外则表现为衰老,因此细胞分化是以衰老为代价的。
五、肿瘤的发生机制
肿瘤的本质是细胞丢失了大分子复合物,虽然有氧存在,但不能利用氧,使细胞回到了无氧的“α态”。
从大分子复合物的生成条件上分析,细胞不能自动产生大分子复合物有三种情况:一种情况是长期慢性缺氧。氧不仅是大分子复合物的组成部分,而且仅仅由于氧的存在才使其生成成为自动催化反应,如果长期慢性缺氧,大分子复合物的生成就会受到影响。Goldblatt和G、C ameron使培养的组织暂时性局部缺氧,结果组织细胞发生了恶性转化[6]。老年人容易患癌,就是因为血液粘度高,血管壁增厚,血细胞功能下降,容易造成局部缺氧。另一种情况是血液的PH值发生了变化。大分子复合物只能在弱碱性条件才能生成,如果血液中的PH值降低,即使组成大分子复合物的各种物质都存在,它也不能形成,肿瘤会随之发生。细胞自发转化实验证实:当培养液的PH值迅速发生改变时,原来培养的细胞大部分死亡,然后出现一些新的转化细胞,它们在酸性培养液中毫无约束的生长起来[7]。由于细胞丧失大分子复合物,氧的利用率下降,细胞不得不依靠酵解产生能量来维持生存,这就更加重了酸的负荷,使细胞陷入恶性循环而不能自拔。第三种情况是化学致癌。当细胞中出现比甲基乙二醛更强的电子受体,或者比生物胺更强的电子供体时,就会阻止大分子复合物的生成,如果持续的时间较长,足以使大分子复合物耗竭殆尽,这时细胞便发生了癌变。目前发现的所有化学致癌物及其代谢物,绝大多数为强的电子受体,也有一部分为强的电子供体。
参考资料
[1] Cross CE. et al. Ann Intern Med. 1987:107:526
[2] Allen RG. Balin AK. Free Radic Biol Med. 1989:6:631
[3][美]A、圣一乔其,迟翰林译,电子生物学与癌,科学出版社,1978。31-33页
[4] Rapkine, L. (1931), Ann. Physiol. Physicochim.,7:382-418.
[5] Mclaughlin, J. A. (1968), Proc. Natl. Acad. Sci. (USA), 60:1418-1419.
[6] Goldblatt.H,and Cameron, G(1953),J,Exp Med .97:525-552
[7] GB皮尔,R希克思,L,M芬克,章静波译癌——一个发育生物学问题[m]科学出
版社,1981。115页。
肿瘤是进化过程中的原始生命形态
山西生物应用职业技术学院 030031 堐榜琴
山西亚宝药业集团肿瘤研究所 张建国
生物进化的观点认为:细胞从分裂到分化是进化的重演,包含了进化的全部信息。因此从进化过程中寻找肿瘤的蛛丝马迹,不失为一种新的研究方法。笔者的研究结果表明:肿瘤是进化过程中的原始生命形态,其发生的原因是氧的转换机制受阻,虽然有氧存在,但不能有效地利用氧,使细胞停留在原始的生命状态。
一、肿瘤是进化过程中的原始生命形态
生命的历史可分为两个重要时期,即光和氧出现前后这两个时期。第一个时期大约是在30亿年前,地球上非常炽热,一片漆黑,四周围绕着很厚的水蒸气,没有光和氧,大气层是强还原性的,只有电子供体而没有电子受体。在这样的环境中蛋白质必然是电子配对和能带饱和的,由这样的蛋白质所组成的生命体,其功能主要是发酵与增值,诺贝尔奖金获得者圣—乔其将这样的生命状态称为“α态”,即增殖态,肿瘤就属于生命的“α态”。当地球上出现氧之后,由于氧是一种氧化剂,是电子受体,它可以使蛋白质的性质发生深刻变化,从而导致分化,使原始生命进入一个新状态,圣—乔其将这一时期的生命状态称为“β态”,即分化态。
氧并不是一经出现就立刻发挥作用,它同样需要一个漫长的进化过程,因为氧不可能直接接受电子,如果是那样的话,原始的生命体就会被燃烧,分化就无从谈起。另外氧为两价电子受体,它成双地接受电子,因而会很简单地氧化掉一个整电子对,使得分子变小,而不能形成自由基。现在已经知道,原始生命的进化过程是自由基引发的[1、2],如果不能形成自由基,蛋白质就不可能形成越来越复杂的结构,也就不可能有分化存在,因此氧在发挥作用之前,必须由两价电子受体转变为单电子受体,只有这样才能为分化开辟道路,否则即使有氧的存在,也不能被有效地利用,原始生命将仍然处于“α态”。
氧由两价电子受体转变为单电子受体,这是进化过程中的一次飞跃,没有这个飞跃,就没有分化,也就没有高级生命的诞生,但是直到今天,人们还没有认识到这个问题的重要性,总是把氧接受电子看成是理所当然的事情,殊不知肿瘤的发生就是氧的转换机制受阻,虽然有氧存在,但不能有效地利用氧,使细胞停留在原始的生命状态—“α态”。
二、氧由两价电子受体转变为单电子受体的进化历程
氧(O2)出现之后,面对蛋白质中最多的元素自然是碳(C)元素,如果O不是和
另一个O相连,而是与C相连形成C=O,情况就不同了,羰基是单电子受体,但是C=O的电子系统太小,以致于不能收容附加的全部电子,但是如果把两个C=O连在一起,两个π电子体系就会融合成一个较大的π体系,而它却是一个强的单电子受体。最简单的二羰基化合物是乙二醛,最简单的酮醛化合物甲基乙二醛。直到今天,通过
A. Pullman的计算,甲基乙二醛仍被认为是最好的单电子受体。圣—乔其坚定地认为:氧就是通过将自己转化为甲基乙二醛来接受电子的,甲基乙二醛是最初的电子受体,
氧是最终的电子受体。
甲基乙二醛是怎样将接受来的电子传递给氧的呢?甲基乙二醛与氧都属于电子受体,它们不可能形成复合物,更不可能发生化学反应,因此甲基乙二醛将电子传递给氧,也存在一个进化过程。原始生命体在进化过程中形成了生物胺类化合物,而甲基乙二醛能与各种生物胺类化合物迅速形成复合物,这种复合物又能与氧形成更大的复合物,而且仅仅由于氧的参与,使大分子复合物的生成成为自动催化反应[3],在大分子复合物中,氧被彻底活化了,甲基乙二醛把接收来的电子在复合物中顺利传递给了氧,这样氧的活化、转换、接受电子就形成了一个完整的系统。由于大分子复合物的生成是自动催化反应,从而保证了生命体内大量需氧的要求。
三、大分子复合物的基本特性
1.大分子复合物有一个异乎寻常的特性,它可以催化葡萄糖分子裂解生成甲基乙二醛,而甲基乙二醛又能与生物胺和氧生成大分子复合物,这样就保证了大分子复合物在细胞中的基本含量。为了保持大分子复合物含量稳定,在进化过程中细胞产生了两种酶,一是乙二醛酶,它能把过多的甲基乙二醛转化为D—乳酸;二是醛糖还原酶,它能把过多的甲基乙二醛转化为1、2—丙二醇。
2.细胞一旦丧失大分子复合物,在没有外力帮助下,就永不能自动合成,细胞将永远停留在“α态”。一方面是因为甲基乙二醛的产生要靠大分子复合物来催化,二者是相互依存的关系,没有大分子复合物就没有甲基乙二醛,没有甲基乙二醛,大分子复合物就失去了生成的源泉;另一方面是因大分子复合物生成属于自动催化反应,它丧失后,既是组成大分子复合物的成分存在,也失去了自动催化的性质。
3. 大分子复合物只有在弱碱性条件下才能生成,如果细胞中PH值降低,同样会丧失对氧的利用机会。
4. 大分子复合物属于稳定的双自由基,它能与含巯基的蛋白质形成复合物,并接受蛋白质中的一个电子,使蛋白质变成自由基或半导体,但复合物内部的电荷相互抵消,对周围不会产生什么影响。
四、大分子复合物在细胞由“α态”向“β态”转变中的核心作用
在进化过程中形成的大分子复合物,不但解决了能量供应问题,而且在细胞由“α态”向“β态”转变过程中起核心作用。在“α态”世界中,由于没有氧,电子供体必然占主导地位,在电子供体中,巯基是最强的电子供体,在增值过程中必然发挥着重要作用,现在人们仍将巯基称为细胞分裂激素[4]。基因的激活依赖于对应的转录因子被激活,而转录因子的活性依赖于巯基活性,在氧出现之前,所有转录因子的巯基都处于游离状态,因此所有的基因也就处于激活状态,所有基因都处在转录过程中,其实就是DNA的复制,因此细胞分裂要求电子供体占绝对的主导地位。当大分子复合物形成之后,使这种情况发生了改变,因为大分子复合物有一种特性:它能与各种巯基化合物迅速形成复合物,但不同的巯基化合物反应强度相差较大[5],当大分子复合物浓度确定之后,一部分转录因子处于激活状态,另一部分转录因子处于灭活状态,这便产生了分化。
不同细胞中大分子复合物的组成不尽相同,浓度高低也有差别,这是产生多细胞
生物体的基础,如果只有一种大分子复合物,并且浓度被确定,就只能形成单细胞生物体。保持大分子复合物浓度相对稳定,是保持细胞正常功能的基础。在进化过程中,细胞形成了多种机制确保大分子复合物浓度的稳定,如:乙二醛酶、醛糖还原酶、小分子巯基化合物等。但是由于大分子复合物的生成是自动催化反应,随着时间的推移,浓度会越来越高,这是不以人们的意志为转移的。大分子复合物浓度升高,一些功能基因就要被灭活,对外则表现为衰老,因此细胞分化是以衰老为代价的。
五、肿瘤的发生机制
肿瘤的本质是细胞丢失了大分子复合物,虽然有氧存在,但不能利用氧,使细胞回到了无氧的“α态”。
从大分子复合物的生成条件上分析,细胞不能自动产生大分子复合物有三种情况:一种情况是长期慢性缺氧。氧不仅是大分子复合物的组成部分,而且仅仅由于氧的存在才使其生成成为自动催化反应,如果长期慢性缺氧,大分子复合物的生成就会受到影响。Goldblatt和G、C ameron使培养的组织暂时性局部缺氧,结果组织细胞发生了恶性转化[6]。老年人容易患癌,就是因为血液粘度高,血管壁增厚,血细胞功能下降,容易造成局部缺氧。另一种情况是血液的PH值发生了变化。大分子复合物只能在弱碱性条件才能生成,如果血液中的PH值降低,即使组成大分子复合物的各种物质都存在,它也不能形成,肿瘤会随之发生。细胞自发转化实验证实:当培养液的PH值迅速发生改变时,原来培养的细胞大部分死亡,然后出现一些新的转化细胞,它们在酸性培养液中毫无约束的生长起来[7]。由于细胞丧失大分子复合物,氧的利用率下降,细胞不得不依靠酵解产生能量来维持生存,这就更加重了酸的负荷,使细胞陷入恶性循环而不能自拔。第三种情况是化学致癌。当细胞中出现比甲基乙二醛更强的电子受体,或者比生物胺更强的电子供体时,就会阻止大分子复合物的生成,如果持续的时间较长,足以使大分子复合物耗竭殆尽,这时细胞便发生了癌变。目前发现的所有化学致癌物及其代谢物,绝大多数为强的电子受体,也有一部分为强的电子供体。
参考资料
[1] Cross CE. et al. Ann Intern Med. 1987:107:526
[2] Allen RG. Balin AK. Free Radic Biol Med. 1989:6:631
[3][美]A、圣一乔其,迟翰林译,电子生物学与癌,科学出版社,1978。31-33页
[4] Rapkine, L. (1931), Ann. Physiol. Physicochim.,7:382-418.
[5] Mclaughlin, J. A. (1968), Proc. Natl. Acad. Sci. (USA), 60:1418-1419.
[6] Goldblatt.H,and Cameron, G(1953),J,Exp Med .97:525-552
[7] GB皮尔,R希克思,L,M芬克,章静波译癌——一个发育生物学问题[m]科学出
版社,1981。115页。