物競天擇適者生存的演化理論能適用到細胞層次嗎？ 10-10-2018

物競天擇適者生存的演化理論能適用到細胞層次嗎？

1.  細胞是多細胞生物—真菌、植物、動物的基本單位。

2.   粒線體(Mitochondria)是細胞的發電廠，持續不斷的供及ATP=細胞的能量貨幣。

粒線體的基本知識： a.   粒線體是具有雙層膜的胞器： 外膜(Outer membrane) ； 內膜(Inner membrane) b.   粒線體在細胞內隨需要能自行複製(Self-replication)！ c.   酵母菌中的粒腺體大約有1,000種蛋白質；人類的粒腺體大約有1,500種蛋白質。 d.   粒線體的環狀DNA於1981年基因組(Genome)完全定序，16,568核苷酸對上具有37對基因，其中只有五對表現電子傳遞鏈(ETC)上的蛋白質次單位。 e.   人類的粒線體DNA上沒有內子=插入子(Intron)。 f.    人類子代的粒腺體完全遺傳自母系。 g.   粒線體DNA上基因表現的，五種電子傳遞鏈(ETC)蛋白質次單位，分別存在於ETC複合體之I、II、III、IV以及V(=ATP 合成酶)。

※本文之圖01. 圖03. 圖04.各位網友那天晚上睡不著，再仔細一點看就好，很有催眠的功效！擺在BLOG中，只是請網友與一般科普的圖做比對。

圖01. 鑲嵌於粒線體內膜之電子傳遞鏈(Electron Transport Chain, ETC)，分成I、II、III、IV、V五組複合體。

圖片來源：https://iology.stackexchange.com/questions/3769/is-there-an-evolutionary-reason-for-the-5-electron-transport-complexes-in-plants

3.  圖01.是鑲嵌在粒線體內膜的電子傳遞鏈(Electron Transport Chain, ETC)，五組蛋白質複合體的詳圖，既使粗略的一看，也可以感覺到它們的複雜性，每組複合體都由好些蛋白質次單位組成！

How Mitochondria Produce Energy(粒線體如何產生能量) 影片來源：https://www.youtube.com/watch?v=39HTpUG1MwQ

關於粒線體之結構與功能請看：

http://acfold.blogspot.com/2017/07/4-mitochondria-01.html

4.  有那麼多的次單位(subunits)就需要那麼多的基因來表現。

5.  網友們相信嗎？這五組複合體中只有5個次單位，是粒線體DNA表現形成，其他大多數的次單位是由細胞核中DNA的基因轉錄→異質核mRNA(hn mRNA)→轉錄後修飾→成熟mRNA→離開核孔→與細胞質液的游離態核醣體結合→轉譯成前驅前驅蛋白質(preproprotein)→轉譯後修飾成前驅蛋白質→送至粒線體內膜→組合鑲嵌到粒線體內膜之適當位置。

圖02. DNA上的genes轉錄(Transcription)、轉錄後修飾(Posttranscriptional processing)、轉譯(Translation)、轉譯後修飾(Posttranslational processing)這些步驟合稱基因表現(gene expression)。 圖片來源：https://slideplayer.com/slide/4735923/

6.  5.之一連串複雜的過程，很多只是寫上標題而已！

7.  細胞核DNA上的基因(genes)，是甚麼訊號告訴它們同時開始表現？

8.  表現好的蛋白質，又如何知道他們的命運，是要送到粒線體內膜上，成為ETS適當複合體之次單位？

9.  細胞核DNA表現的蛋白質次單位，如何與粒線體DNA表現的蛋白質次單位做正確的結合？

圖03. 粒線體外膜上鑲嵌的蛋白質複合體，TOM、SAM、MDM幫助β-barrel precursor蛋白質組合鑲嵌至外膜。

TOM、SAM、MDM的全名請看圖04.

圖片來源：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0005272808000753#fig1

圖04. 細胞質液游離態核醣體合成的前驅蛋白質，要進入粒線體中需要以下五種蛋白質或蛋白質複合體的協助。

a.   粒線體外膜之轉移酶(the translocase of the outer membrane, TOM)

b.   粒線體外膜之分配及組合複合體(sorting and assembly machinery   

Complex, SAM)

c.   粒線體外膜之分布及型態複合體(mitochondrial distribution and morphology complex, the MDM)

d.   粒線體內膜之前驅蛋白轉移酶(the inner membrane presequence translocase, TIM23)

e.   粒線體內膜攜帶者轉移酶(the inner membrane carrier translocase, TIM22)

進入粒線體基質(Matrix)的蛋白質；鑲嵌至內膜(Inner membrane)的蛋白質所走的路徑顯然不同。

在這兩張複雜得遠遠超出科普範圍很多的圖中，只是想讓網友感覺一下，現在的細胞學已經研究到如何細緻的程度，在這樣的範疇中，達爾文的演化論大概一樣是英雄無用武之地吧！

圖片來源：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0005272808000753#fig1

10. 既使到今天，很多方面我們仍是知其然，而不知其所以然！

11. 各位網友們，在這樣一個超級細小又無比精緻的世界裡，達爾文的演化論有任何立足之地嗎？

對於演化論的迷思與誤解 - Alex Gendler 此TED的短片(4分22秒)很清楚的說明演化的基本單位是族群(Population)而非個體，演化是隨機的沒有一定的方向性。 需要的網友請直接上YOUTUBE網站點閱，因為有中文(台灣)的翻譯。 影片來源：https://blog.ted.com/myths-and-misconceptions-about-evolution-a-ted-ed-lesson-about-the-subtleties/

Electron Transport Chain (Music Video)(電子傳遞鏈(以歌曲呈現)) 以歌曲的方式一再的重複基本的觀念，相當有創意！ 如上YOUTUBE網站點閱，有英文字母可供參考。 請網友留意，此卡通圖畫的是簡圖，真正的ETC複合體是如圖01.所畫。 影片來源：https://www.youtube.com/watch?v=VER6xW_r1vc