新疆域
                          FRONTIERS

[美]艾萨克·阿西莫夫  著
上海科技教育出版社 1999.12

扫描，校对：异调


基础科学新疆域(FRONTIERS OF SCIENCE)，朱宝如  译

                       更为简单的形状

    三位化学家，其中两位美国人：唐纳德·J·克拉姆（Donald J. 
Gram）和查尔斯·J·彼得森（Charles J. Pederson），一位法国人：
让·马里耶·莱恩（Jean-Marie Lehn），分享了1987年度诺贝尔奖，
主要是由于他们简化了一种分子形状。

    这是一种酶分子的形状。每一个活细胞都有几千种不同的酶，在
各种化学反应中各司其职。如果没有酶，化学反应便进行得非常缓慢
或根本不能进行。由于酶的参与，细胞便成为一个热闹的场所，在那
里进行着快速的、互相关联的化学反应，合在一起便维持了正常生命
的化学过程。

    酶是如何起到这种作用的呢？

    酶是蛋白分子，每一个蛋白分子是由连结起来的氨基酸链构成的。
可供构成一个蛋白质链的氨基酸共有20种，因而，可以组合的数目非
常巨大，并且能构成任何排列。

    每个核酸是由三个原子组成的一个链构成的，其中有一个氮原子
和两个碳原子（N—C—C）。中间的碳原子上，带着一个侧链，而且各
类氨基酸的侧链都不相同。有的较小，有的较大；有的带电，有的不
带电；有的带正电，有的带负电。

    氨基酸串连在一起后，就折叠成一个三维的物体，而氨基酸的侧
链形成一个凹凸不平的表面，上面分布着正电荷与负电荷。氨基酸的
每一种排列，都会形成一个具有自己特征的形状，而所有可能的排列
的数目多得难以想象。

    如果我们仅仅从20种氨基酸中的一种开始，你就可以把它们串连
成多达2.4×10^18种排列方式。每一种排布构成形状略有不同的一个
分子。

    然而，构成真实的蛋白质分子的氨基酸的数目远多于20个。其中
每一种的数目从几个到几十个不等。在一个血红蛋白分子（它们把氧
气从肺带给所有人体细胞）中氨基酸的可能的排列数目高达10^640，
也就是1后面加上640个0！而在这些排列中，只有一种可以胜任工作。

    人体是如何得到血红蛋白的那种排列的呢？在每一个人体细胞中
存在有染色体，它是由结构十分复杂的脱氧核糖核酸（DNA）分子组成
的。这些DNA分子的片段便是基因。当每次细胞分裂时，基因具有正确
的自我复制能力，而且它还储存有这样的信息，使得蛋白质的形成只
包含氨基酸的特定的一种排列，而不是其他排列。

    数以千计的酶形成了，其中每一种都有数不清的十分相似的变体。
正是因为从一种生命形式到另一种，酶的特性与平衡是各不相同的，
因而，自远古以来，地球上已经演化成1000万～2000万个生命物种；
其中至少有200万种至今尚存；上百万种还将在未来发生演化。由于酶
的微小差异，同一物种中的不同个体也各不相同，没有两个人是完全
一模一样的（即便是双胞胎也是如此）。

    酶通过其表面特性起作用。一种特定的酶可能其表面只与某些小
分子相匹配。这些小分子与酶结合起来，并且能够与其他分子一起结
合而发生化学变化。一旦发生了化学变化，它们不再与酶的表面相匹
配，而被释放出去。

    每一种酶具有一个活动中心，这是表面的一小部分，它向小分子
发出控制它们进行化学反应的指令。进行实际工作的便是这些活动中
心，但是，酶必定还有十分复杂的其他区域，以确保它自身能够与所
有另外的酶相适应，并且协同整个系统一起工作。

    这种结构上的复杂性，使得酶分子会很大、形状复杂、容易损伤。
不过，问题并不大，因为在生命细胞中，复杂的酶分子将会同样迅速
地再生出来。

    那么，如果你能制造出一个小分子，它的形状恰如酶的活动中心
那样，那会怎样呢？也许它工作起来并不能像酶那样平稳、良好，但
也足以胜任工作。由于它结构更为简单，化学家将能较容易地复制它。
另外，这个人工合成分子具有最简单的预期形状，因而它比酶分子更
加稳定。

    这三位化学家制造出来的正是这些形状较简单的分子。现在，简
化的酶正在医疗诊断中得到应用。这三位化学家的工作被人们誉为为
一个迅速拓宽着的生物医学研究领域奠定了基础。