蔗糖和醋酸細(xì)胞中大型分子-細(xì)胞研究電子顯微鏡
一個主要的基本問題就是：分子裝置必須由原子組成雖然這一
點顯而易見，但實際上它引發(fā)了深層次的問題一原子的形狀和尺寸
種類很少 細(xì)胞中，開展大多數(shù)1：作的原子只有6種——碳原子、
氧原子、氮原子、硫原子、磷原子和氫原子(特定任務(wù)除外)二這些
原子根據(jù)其基本化學(xué)性質(zhì)．可能僅僅由非常有限的方式連接起來。
分子裝置必須建立在這些特定的限制之L。這很像我們玩的組裝玩
具或“樂高”積術(shù)：也許你可以造出很多利一不同的造型，但較終
的形式都是在基本組成單位的形狀和連接方式的限制下塑造完成的
、同理，我們將看到分子裝置利用各種巧妙的手段，對有限種類的
原材料進行較優(yōu)利用、
在現(xiàn)實世界中，我們所熟悉的裝潢是由金屬、木材、塑料和陶
瓷建造的，而細(xì)胞中納米尺度的裝置則由蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)和多
糖建造：細(xì)胞利用4種基本組合方案來制造分子裝置 每種方案都
有其特有的化學(xué)性質(zhì)，適于細(xì)胞中的不同角色。這里，我們需要借
助兩個基本概念來理解化學(xué)特性的表現(xiàn)形式：化學(xué)互補性和疏水性
。
化學(xué)互補性：一旦分子相接觸，它們便開始了相互作用。大多
數(shù)情況下，這種互作不是很強，所以它們通常只是撞了一下，然后
繼續(xù)各自的運動。然而，如果這種互作是互補的，它們便與對方緊
密綁定起來。分子之間的相互作用通過其大量特定原子與原子的互
作來產(chǎn)生。單個原子問的互作通常較微弱，但當(dāng)一個分子中的大部
分原子與鄰近分子的原子匹配度較高時，這些互作便會累加而變強
。分子裝置還利用兩種特殊的相互作用(一個氫原子和一個氧原子
或氮原子形成的氫鍵，以及攜帶相反電荷的原子之間的鹽橋)，將
分子們像小紐扣一樣鎖在一起。、
疏水性：這是一種由水的特殊性質(zhì)引發(fā)的更難以捉摸的概念。
分子與水發(fā)生反應(yīng)會趨向于以下兩種方式中的其中一種：一種是與
水發(fā)生劇烈反應(yīng)，這些分子往往富含氧和氮原子。被定義為親水性
分子。親水性分子易溶于水并會環(huán)繞著一個大小合適的水分子殼。
常見的親水性小分子有蔗糖和醋酸(醋中酸味的來水分子殼。常見
的親水性小分子有蔗糖和醋酸(醋中酸味的來源)。另一種是當(dāng)把分
子置于水中時，它們會聚集起來，凝成球體以遠(yuǎn)離周圍的水。這些
分子富含碳原子而不易與水反應(yīng)，被定義為疏水性分子，恰如植物
油在水中的情況——疏水性的油分子聚集形成油滴，以使與水較少
接觸。
細(xì)胞中的那些大型分子裝置町以利用這兩種化學(xué)性質(zhì)。它們一
般都有著奇特的外形，利用氫鍵和鹽橋來尋找具有互補結(jié)構(gòu)的分子
。它們往往兼具親水性區(qū)域和疏水性區(qū)域，可以與水進行不同的反
應(yīng)。當(dāng)分子溶于水后，親水性和疏水性區(qū)域的不同空間分布樣式也
會引發(fā)各種新奇活動。這四種組合方案——蛋白質(zhì)、核苷酸、脂質(zhì)
和多糖——正是使用上述特性的不同組合，來實現(xiàn)不同的分子目標(biāo)
