生物大分子的化學
疏水效應(hydrophobic effect)
搖一搖一瓶油和水,油滴會很快找到彼此、重新合併成一層。看上去像是油滴在相互吸引,但真相更狡猾:是水在把它們擠到一起。這種由水驅動的「油性物質抱團」,就是疏水效應,也是摺疊蛋白質、搭建細胞膜的主要力量。
水分子喜歡彼此之間形成氫鍵。當一個油性(非極性)分子待在水中時,它無法提供任何氫鍵,於是周圍的水分子只好把自己排列成一個更有序的「籠子」圍住它,以保住自己內部的成鍵。大自然不喜歡這種自由度的喪失(它降低了熵)。所以當兩塊油性區域靠到一起時,圍著它們的水籠子會合併並縮小,釋放出水分子讓它們重新自由地游動、正常地成鍵。水獲得了自由,而正是這份獲得——而不是任何油與油之間的直接吸引——驅動了抱團。簡而言之,疏水分子之所以擠在一起,是因為這樣水更「開心」。
正是這一效應,使蛋白質摺疊時把油膩的胺基酸埋進乾燥的核心、把親水的胺基酸留在表面——疏水效應是蛋白質摺疊最主要的驅動力。它也是細胞膜能自發形成的原因:磷脂尾朝內排列,把油性的尾巴從兩側的水中藏起來,造出那道定義了每一個細胞的屏障。生物學裡很少有哪種力量,幾乎只是順從了水的偏好,就成就了這麼多事。
往水裡滴一點橄欖油,散開的油滴會聚成一團,把它們與水的接觸面降到最小——驅使蛋白質油性側鏈把自己埋進分子核心的,正是同一套邏輯。
油會抱團,不是因為相吸,而是因為水偏好如此。
把疏水分子想像成相互「吸引」是有誤導性的——並不存在特殊的油對油的力。驅動力存在於水及其熵當中,這也是為什麼適度加熱反而會讓這一效應增強。
又稱
另見