PDF《细胞如工厂 能量不可缺》

2013年「海燕」肆虐菲律 宾中部,超过6,000人死亡,约1,800人失 踪. 象万千 星期三见报 气 风暴潮如海啸 破坏低洼地区 简介:本栏以天文台的网上气象节目《气象冷知识》向读者简介有趣的天气现象. 详情可浏览天文台YouTube专页:https://www.youtube.com/user/hkweather. 上次跟大家谈到合成生物学(Synthetic Biology )的一大目标:人工合成细胞,还简单分享了制造这些细胞 的最初步骤.今天再跟大家探讨多一些制成人造细胞需要面对的困难. 不知大家有没有留意,细胞其实是一间很繁忙的工厂:每秒钟在细胞内进行的生化作用,不啻数以千计, 当中包括各种酵素协助其他分子分解、组成更复杂的物质或转换成其他化学物.而要确保一间工厂正常运作, 可靠的能量来源自然不可或缺.要理解这点应该不难,只需想一想我们为什麽会肚子饿就可以了. 逢星期三见报 科学讲堂 细胞如工厂 能量不可缺 张文彦 香港大学理学院讲师 短暂任职见习土木工程师后,决定追随对科学的兴趣,在加拿大多伦多大学取得理 学士及哲学博士学位,修读理论粒子物理.现任香港大学理学院讲师,教授基础科 学及通识课程,不时参与科学普及与知识交流活动. 数揭秘 奥 逢星期三见报 在学习数学的过程中,很早就接触 到质数的概念,也就是因数只有

1 和数 字本身的数,例如

2、

3、5 及7等.这 些质数的分布很奇特,好像没什麽规 律,於是也有人问起,质数有没有公 式这回事. 这是自古以来的难题了,也有无数 人探索过,还未解决.不过在探索的 过程中,有一点相关的小发现,在初 等的数学来说是理解得了的. 例如有些算式,当未知数代入不同 数字时,质数是会特别多.好像 n2 +n+ 17,看来平平凡凡的算式,原来把 n 代入1至15,结果都是质数的. 当然,这一道算式的结果不会永远 都是质数来,较明显的是当 n 是17 的 倍数,也就没可能是质数的. 不过,另外还有一些较不明显的因 数,也会出现在一些特殊形式的 n 之中. .通识博客 ( 一周时事聚焦 、通识把脉 ) .通识博客 / 通识中国 .百搭通识 .通识博客 / 通识中国 星期二 星期三 .通识博客 ( 一周时事聚焦 、通识把脉 ) .STEM百科启智 星期四 .通识文凭试摘星攻略 星期五 .通识博客 / 通识中国 .文江学海 星期一 简介:香港首间提供奥数培训之教育机构,每年举办奥数比赛,并积 极开办不同类型的奥数培训课程.学员有机会获选拔成为香港代表 ,参加海内外重要大赛.详情可浏览:www.hkmos.org. 质数 刚才的解法,若是用差不多的想法, 也容易看出若n是17k-1的形式,则可看 出(17k-1)2 +(17k-1)+17=17(17k2 -k+1),也 就是最小来说,n到了16,算式就必然是 17的倍数了,这也是较不明显的. 有没有其他类似的算式,也是有很多 质数的呢?有的,比如n2 +n+41,这个更 厉害,当n是1至39,都还是质数,这还 真不易猜到. 再进一步问,会不会n2 +n+a的形式之 中,若a是质数,n2 +n+a就会有很多质 数呢?这个又没那麽简单,比如 n2 +n+ 7,当n是1的时候已经不是了.但这个把 a作为7的做法,不是太精明的想法,以 下说明一下. 由算式n2 +n+a来看,若n为1,则算式 是a+2,若想是质数,第一步就要a+2是 质数才行,因此 a 和a+2 同样是质数的 话,这道算式才是较好的. 之前两道算式中的

17 和41,加上

2 后是19和43,都是符合这样的条件的. 不过,即使符合a和a+2都是质数的条 件,例如n2 +n+59,到了n是2的时候, 算出来就是 65,就不是质数了.这里就 看到17和41是有点特别,令算式中得到 的质数是特别多. 刚才的讨论,就只是就着一道算式n2 + n+17来推展和讨论,做点推展和猜想, 找找数字的特徵那样,就已经看到一些较 不明显的结果. 这也是做数学的趣味.按着一道算式 n2 +n+a,想想a是什麽会有许多质数,已 经可以有些发现了,要是想想怎样创作一 道算式,令到当未知数为不同数值时,算 式计出来会有很多质数,那又是会有更多 发现了. 遇上困难的奥数,或者更难的数学 题,怎样找个相关的小问题,尝试用自己 有限的知识去探索一下,也是一种趣味, 亦是一种解决问题的方向. 最终未必可以完整地解决得了,但过 程中可以加深对问题的理解,找到更多 线索,也提供了进一步尝试的知识基 础. 奥数里大部分问题都不是一看就懂得 做,怎样找一个小部分开始着手,懂得解 决部分,也是很重要的. 张志基 证明当n为正整数时,n2 +n+17之中有无穷多个19的倍数. 考虑19k+1形式的数,其中k为整数,则(19k+1)2 +(19k+1)+17=19(19k2 +3k+ 1).因此凡是形式如19k+1的正整数,都是19的倍数. 问题答案线粒体提供能量 细胞中另一个常见的产生能量的方法就是 光合作用.德国马克斯普朗克陆地微生物学 研究所(Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology)的Tobias Erb 和他的研究小 组,一直在寻找比光合作用更有效的方法. 他们设计了一个将二氧化碳转化为食物的 生化程序,并在9种生物之中找到了17种可 以用来驱动这些程序的酵素. 经过多番的修订后,Erb认为他们的程序 比光合作用有效20%.Erb现在希望能够制 成相关的「部件」,加於人工细胞中用来进 行他们设计的制造食物程序,就好比树叶细 胞中的叶绿体负责进行光合作用,为细胞制 造食物一样. 不过整个业界面对的其中一大难题,上 次也跟大家提到了:细胞中有许许多多不 同的生化反应在进行着,但是当太多的化 学物质、蛋白质聚集在一起的时候,它们 会相互影响,以致很多生化反应都不能正 常运作. 一颗真正的细胞十分复杂,当中有着不同 的方法将那些「水火不容」的化学物质分隔 开来.看来要成功制成一枚人造细胞,我们 还要再多动点脑筋. 光合作用得能量 《十万个为甚麽 (新视野版)化学 I》 酿酒厂使用的不锈钢容器. 作者供图 热带气旋中心的气压很 热带气旋中心的气压很 低低, ,可以将海水略为吸 可以将海水略为吸 起起. . 视频截图 视频截图 电子显微镜下的线粒体. 网上图片 ATP合酶的分子模型. 网上图片 树叶细胞中的叶绿体负责进行光合作用 树叶细胞中的叶绿体负责进行光合作用, ,为细胞制造食物 为细胞制造食物. . 作者供图 作者供图 ........