世界上“最丰富”的蛋白质

高建国

世界上“最丰富”的蛋白质是什么？要回答这个问题可以从不同的角度入手，如从人类自身的角度，问题的答案是：胶原蛋白。胶原蛋白是人体中最丰富的蛋白质，其含量介于25%～35%。而对于单个细胞来说，含量最丰富的蛋白质则是肌动蛋白，它被称为真核细胞的“管家蛋白”。但当我们不考虑单个细胞或某个物种时，可以说，世界上最丰富的蛋白质是植物进行光合作用时的关键酶——1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶（下文简称光合酶）。

为什么光合酶是地球上最丰富的蛋白质呢？这需要从生物学和进化学的角度来解释。我们知道植物的光合作用是地球进行原初生产的原动力，它可以把二氧化碳和水转变成多糖等有机物。生物界几乎所有的需求均来源于植物光合作用。

从初级生产者的植物，到初级和次级消费的动物，生物量像金字塔一样是逐渐减少的。所以，由此推理，我们可以知道地球上植物的生物量应该是最大的。如此巨大的生物量是需要靠植物辛勤耕耘慢慢积累的，而完成积累，光合酶必不可少。

据英国邓迪大学的瑞文教授估计，一年内全球总初级生产力（绿色植物通过光合作用产生的全部有机物同化量）所需1017摩尔二氧化碳，而这些二氧化碳是要靠光合酶催化的，生产如此巨大的生物量，当然需要同样数量庞大的酶。你或许会觉得酶不是具有高效性和专一性的特点吗？发生化学反应时或许不需要那么多的光合酶。但光合酶是一种惰性酶，其对二氧化碳的亲和力和吸附能力不强，所以植物只能通过增加含量来弥补这个不足。比如，科学家在菠菜的叶片中发现其含量占到总蛋白的65%以上。陆生植物的光合酶平均含量高达20%～25%，全球平均每秒产生1000千克光合酶，相当于地球上每个人需要44千克的光合酶才能生存下来。

光合酶之所以是全球第一大酶，除了与它的惰性有关之外，还因为它是一个双功能的酶。在发生光合作用的过程中，它一方面与二氧化碳发生羧化反应进行“固碳”；另一方面它也进行加氧反应，这就会把辛苦固定的碳又再次浪费掉。光合酶的加氧反应于1971年被人们发现以来，科学家就致力于提高它的羧化效率，同时降低其氧化特性。虽然取得了一点小小的进展，但后来人们发现那样做会产生一系列严重的后果，研究也便停止了。

另一个有趣的问题是，如果植物的生物量不是地球上最大的，那么光合酶还会是最丰富的蛋白质吗？有些微生物学家认为细菌的生物量甚至比植物和动物的总和还要多。如果这一观点被证明是正确的，那么世界上含量最多的蛋白质有可能要改写成肌动蛋白或者酰基载体蛋白（ACP）——一种在细菌脂肪酸合成中发挥重要作用的蛋白质。

【责任编辑】张小萌