生物大分子的化学

作为生命溶剂的水(water)

往一杯水里舀一勺盐,盐就消失了;把同一勺盐倒在干燥的盘子上,它却只是堆在那里。水有一种安静的超能力:它能溶解种类多得惊人的物质,让它们混在一起、彼此反应。每一个活细胞按重量算大部分都是水——大约百分之七十——而分子生物学里几乎一切事情,都是溶在水里、或被水包围着发生的。

溶剂就是负责溶解东西的那种液体,而水就是细胞的溶剂。它之所以这么好用,是因为它的分子在电荷上略微偏向一边(也就是有极性),所以它们会簇拥在带电离子和其他极性分子周围,把它们撬开并悬浮起来。能被水溶解的物质叫亲水的(“爱水”),被水拒之门外的,比如油脂,叫疏水的(“怕水”)。在细胞那充满水的内部,离子、糖、氨基酸,以及像 DNA 和蛋白质这样巨大分子的表面,全都浸在水里,而这水塑造了它们如何运动、如何相遇。

这之所以是根基,是因为这片水的环境并不是被动的背景板——它主动决定了一个分子长什么样、做什么。蛋白质之所以那样折叠,很大程度上是为了把自己油腻的部分藏起来、躲开水;DNA 的两条链能黏在一起,部分原因也是水让它们堆叠的碱基挤作一团。把水拿走,这些结构就垮了。所以分子生物学家从不孤立地思考一个分子;他们思考的是一个分子加上它周围的水。

一种被纯化后再烘干成粉末的蛋白质,在生物学上是“死”的;把水加回去,只要条件合适,它就能重新折叠并恢复工作——这证明水是机器的一部分,而不仅仅是它的容器。

水不是舞台——它本身就是演员之一。

把水称作“万能溶剂”是夸大其词:它能漂亮地溶解极性和带电的东西,却几乎碰不动油脂——而正是这种挑剔,才使细胞膜和蛋白质折叠成为可能。

又称
the biological solventintracellular water细胞内的水細胞內的水