生物大分子的化學
作為生命溶劑的水(water)
往一杯水裡舀一勺鹽,鹽就消失了;把同一勺鹽倒在乾燥的盤子上,它卻只是堆在那裡。水有一種安靜的超能力:它能溶解種類多得驚人的物質,讓它們混在一起、彼此反應。每一個活細胞按重量算大部分都是水——大約百分之七十——而分子生物學裡幾乎一切事情,都是溶在水裡、或被水包圍著發生的。
溶劑就是負責溶解東西的那種液體,而水就是細胞的溶劑。它之所以這麼好用,是因為它的分子在電荷上略微偏向一邊(也就是有極性),所以它們會簇擁在帶電離子和其他極性分子周圍,把它們撬開並懸浮起來。能被水溶解的物質叫親水的(「愛水」),被水拒之門外的,比如油脂,叫疏水的(「怕水」)。在細胞那充滿水的內部,離子、糖、胺基酸,以及像 DNA 和蛋白質這樣巨大分子的表面,全都浸在水裡,而這水塑造了它們如何運動、如何相遇。
這之所以是根基,是因為這片水的環境並不是被動的背景板——它主動決定了一個分子長什麼樣、做什麼。蛋白質之所以那樣摺疊,很大程度上是為了把自己油膩的部分藏起來、躲開水;DNA 的兩條鏈能黏在一起,部分原因也是水讓它們堆疊的鹼基擠作一團。把水拿走,這些結構就垮了。所以分子生物學家從不孤立地思考一個分子;他們思考的是一個分子加上它周圍的水。
一種被純化後再烘乾成粉末的蛋白質,在生物學上是「死」的;把水加回去,只要條件合適,它就能重新摺疊並恢復工作——這證明水是機器的一部分,而不僅僅是它的容器。
水不是舞台——它本身就是演員之一。
把水稱作「萬能溶劑」是誇大其詞:它能漂亮地溶解極性和帶電的東西,卻幾乎碰不動油脂——而正是這種挑剔,才使細胞膜和蛋白質摺疊成為可能。
又稱
另見