我們人之所以是活的，就因為蛋白質是活的，是一種微型的小機器。在我們的身體裡面，有無數個這樣微型的小機器在運動。

2021年12月19日，《科學》雜誌公佈了世界上十大科技突破，並且把AI預測蛋白質結構列在榜首。

什麼是蛋白質？日常的觀點認為蛋白質就是一個雞蛋或者是一塊肉。

但是，蛋白質的作用遠遠超過它是一種食物。

蛋白質在我們身體裡面充當分子機器的角色，它是我們身體裡面的印表機、運送卡車、電動機、通訊器以及閘門。

蛋白質之所以能夠充當分子機器，是因為蛋白質有空間結構。就像一塊鋼鐵是死的，但是把它做成機器人，一塊鋼鐵就有了空間結構，它就能夠動作、就是活的。

能夠窮盡蛋白質的秘密，就能夠窮盡人體的秘密，而蛋白質的幾乎全部秘密就在於它的空間結構。

▍什麼是蛋白質結構？

蛋白質由氨基酸組成，僅僅由氨基酸組成的高分子結構，還不能算得上蛋白質，只能被稱為多肽。

打一個比喻，多肽就是一個長的鏈條，這個鏈條上的環節就是氨基酸，氨基酸按照一定的序列排列就形成不同的多肽種類。

多肽經過摺疊以後就有了空間上的結構，被稱為蛋白質的構象，而且這種摺疊要反覆的摺疊多次，才能最終形成一個執行特定功能的蛋白質分子。

蛋白質的多肽長鏈屬於蛋白質的一級結構。

一級結構有兩種摺疊方式：一種是阿爾法摺疊，一種是貝塔摺疊。

一級結構摺疊以後就變成蛋白質的二級結構，在二級結構的基礎上再摺疊一次就會變成蛋白質的三級結構。

多個具有三級結構的蛋白質，會組成一個複合蛋白質分子，這被稱為蛋白質的4級結構。

蛋白質不折疊，僅僅是一個化學大分子，它摺疊了以後就會變成分子機器，或者分子機器的一部分，這些分子機器真的能像我們通常見到的機器那樣會運動。

就是這些分子機器，執行了幾乎人體的全部生理功能。

▍分子機器有多厲害？

分子機器有很多種，我們介紹幾種主要的分子機器。

第1種，遺傳物質影印機。

遺傳物質的複製是自己不能完成的，必須經過一個被稱作核糖體的複製機器才能夠完成。

這個核糖體，主要就是由核酸和蛋白質組成，大腸桿菌的核糖體裡面有22種蛋白質。

核糖體由兩塊組成，一塊是大的，一塊是小的，大的和小的把遺傳物質夾在中間，影印就開始。

分子機器會沿著遺傳物質逐段讀取編碼，並且把周圍的核酸、脫氧核糖核酸拉到裝配匡，啟用以後就可以裝配成原來一模一樣的遺傳物質。

第2種，轉運機器。

我們人體的細胞是由兩層磷脂分子構成的，是一種親水膜。

小分子物質，比如說水分子可以自由進出，但是大分子物質是被擋在細胞膜之外的。

因為這些大分子物質有的可能對細胞有害，到底選擇哪一種物質進入細胞，這就需要一種轉運蛋白質來運作。

轉運蛋白是鑲嵌在細胞膜上的一個分子機器，把需要的物質抓住以後轉一個圈就可以釋放到細胞膜內。

第3種，通訊機器。

在細胞膜上還有一種蛋白質，它是用來和外界進行通訊。

是人體細胞感受外界刺激的重要的分子器官，一般的情況下把這個分子機器稱為受體。

受體感受細胞外面的化學物質的濃度，比如說是能夠感受到激素，就啟動細胞內部相應的生化反應。

新冠狀病毒進入細胞內部，就是要用一個特殊的鑰匙騙過這個受體器官，開啟細胞膜。

第4種，運送機器。

這種運送機器一般被稱為馬達蛋白，負責在細胞內部把物質運送到特定的位置。

在我們細胞內部有一個有纖維蛋白絲構成的骨架，就像細胞內的高速公路一樣，它一方面維持著細胞的結構，另一方面是馬達蛋白執行的高速公路。

馬達蛋白有一個長長的身體，下面長著兩個腳。頭部連線被運送的物質，兩個腳交替在纖維蛋白絲上運動，在細胞內任意移動。

在我們人體裡面20多種氨基酸一共組成了3600種多肽鏈，經過摺疊以後會形成200億種不同的蛋白質。

谷歌的研發團隊開發了AI預測蛋白質結構的軟體，可以模擬蛋白質從一級結構開始摺疊，以及最後形成的樣子。

同一條多肽的長鏈可以摺疊成幾個結果，如果錯誤摺疊就會給人帶來疾病。

在計算機上提前預測蛋白質摺疊的空間結構，就可以深入的瞭解蛋白質可能的改變，以及可能對人體的作用。

▍蛋白質錯誤摺疊會發生什麼？

這種所謂的錯誤只是在我們人類看來對我們人是有害的，但是實際上在自然界中這種摺疊仍然會發生。

所以對於自然，它是合理的。

蛋白質最著名的錯誤摺疊方式是會形成一種毒蛋白，一般我們把它稱為朊病毒蛋白。

朊病毒蛋白會干擾人的神經系統，最終會殺死神經細胞，尤其是腦細胞，造成大腦空心化，最終導致人類死亡。

朊病毒疾病很難診斷，而且無藥可救，比任何其他的病毒危害性都大。

尤其是在初期發作的時候。只有人的症狀表現出嚴重的行為障礙，比如說像痴呆症這種情況，才可能引起醫療方面的重視。

正式確認被朊病毒感染，要透過對大腦或者脊髓進行穿刺取樣。但這通常是一個比較危險的手術。

在AI上預測蛋白質的摺疊可以弄清楚蛋白質的行為，雖然不能治癒朊病毒疾病，但是有可能會給出預防性的措施。

以往科學家要揭秘一個蛋白質的三維結構，可能要用3~5年時間。200億種蛋白質，如果純粹靠人力來破譯，等到太陽爆炸也無法完成。

但是現在用AI預測蛋白質的摺疊，就只要10分鐘就可以完成了。