生物大分子的化学

疏水效应(hydrophobic effect)

摇一摇一瓶油和水,油滴会很快找到彼此、重新合并成一层。看上去像是油滴在相互吸引,但真相更狡猾:是水在把它们挤到一起。这种由水驱动的“油性物质抱团”,就是疏水效应,也是折叠蛋白质、搭建细胞膜的主要力量。

水分子喜欢彼此之间形成氢键。当一个油性(非极性)分子待在水中时,它无法提供任何氢键,于是周围的水分子只好把自己排列成一个更有序的“笼子”围住它,以保住自己内部的成键。大自然不喜欢这种自由度的丧失(它降低了熵)。所以当两块油性区域靠到一起时,围着它们的水笼子会合并并缩小,释放出水分子让它们重新自由地游动、正常地成键。水获得了自由,而正是这份获得——而不是任何油与油之间的直接吸引——驱动了抱团。简而言之,疏水分子之所以挤在一起,是因为这样水更“开心”。

正是这一效应,使蛋白质折叠时把油腻的氨基酸埋进干燥的核心、把亲水的氨基酸留在表面——疏水效应是蛋白质折叠最主要的驱动力。它也是细胞膜能自发形成的原因:磷脂尾朝内排列,把油性的尾巴从两侧的水中藏起来,造出那道定义了每一个细胞的屏障。生物学里很少有哪种力量,几乎只是顺从了水的偏好,就成就了这么多事。

往水里滴一点橄榄油,散开的油滴会聚成一团,把它们与水的接触面降到最小——驱使蛋白质油性侧链把自己埋进分子核心的,正是同一套逻辑。

油会抱团,不是因为相吸,而是因为水偏好如此。

把疏水分子想象成相互“吸引”是有误导性的——并不存在特殊的油对油的力。驱动力存在于水及其熵当中,这也是为什么适度加热反而会让这一效应增强。

又称
hydrophobic interactionoil-water exclusion疏水作用疏水作用