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生命的起源：所有生命的共同祖先在40亿年前是怎样诞生的？ [:1700256305]
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延伸阅读蛋白质的形态决定
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蛋白质，我们知道它是由许多氨基酸缩合成的链状物，说得更具体一些，就是α-氨基酸形成肽键后的缩合物。所谓“α-氨基酸”，就是在同一个碳原子上既连接了氨基又连接了羧基的有机物。如图2—69，右边的-NH₂ 就是氨基，左边的-COOH就是羧基，至于上面的R，则表示“任意什么东西”。通常来说，细胞用来制造蛋白质的氨基酸有20种，也就是说，R有20种可能，但在第三幕之前，我们完全不用关心这些可能。
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而所谓肽键，就是氨基和羧基脱水缩合后形成的化学键。肽键使多个氨基酸首尾相接，合成一串，这个成串的东西，就叫作“肽”。几个氨基酸连接成的肽，就叫几肽，很多很多氨基酸连接起来的肽，就叫多肽，而当一条长长的多肽链在空间中盘曲成了复杂的形状，有了生理活性，我们就叫它“蛋白质”。
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图2—69 氨基酸的通式。（作者绘）
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图2—70 虚线里的羟基和氢原子结合成一个水分子，这将使它们原本相连的碳原子和氮原子连接起来。（作者绘）
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氨基酸头尾相继的串联序列，就是蛋白质的“一级结构”，说一种蛋白质与另一种蛋白质不同，首先就是说氨基酸的串联序列不同。
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而生命用来组建蛋白质的氨基酸多达22种[23]，一个蛋白质又可以含有成千上万个氨基酸，由此产生的序列差异可谓无穷，这也就从根本上决定了蛋白质拥有几近无穷的多样性。
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如果仅仅是一条氨基酸缩合成的长链，那就只能叫作“多肽”而已。但是请注意，氨基和羧基缩合成的肽键是个好东西：它残余了一个连在氮上的氢，这个氢带有很强的正电荷；还有一个连在碳上的氧，这个氧带有很强的负电荷。那么，在整个多肽长链上，不同部位的这两种原子就会强烈地吸引，形成很强的氢键[24]。于是，一条很长的多肽就会因为这些氢键而不断弯曲，出现螺旋、片层和拐角等“二级结构”。
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不仅如此，我们还要注意到，那20种氨基酸每一种都有一个独特的侧链（R），这些侧链各自具有独特的化学性质，还与水有各不相同的亲和能力，而细胞内哪哪都是水，多肽存在于这样的环境里，就会被迫发生一些形态变化。
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水分子会把那些亲水的氨基酸向外拉扯，同时把那些憎水的氨基酸向内推挤。多肽于是皱缩起来，折叠成团，那些侧链也趁机发生各种相互作用，进一步改变这团多肽的三维结构。
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上面这整个过程听起来很混乱，让人感觉一条多肽链经过这么一折腾，就成了一团乱麻，但事情完全不是这样。麻绳随手一团会变得乱七八糟，是因为它是个未加限制的宏观物体，可以在任何一点向任何方向弯曲。但在分子的世界里，化学键是量子化的，也就是说，化学键不管怎么摇摆、伸缩、转动，相互之间必须满足特定的空间关系。而肽键尤其讲究，它附近的4个化学键（图2—71虚线内的6个原子构成的4个化学键）必须在同一个平面内小范围地运动[25]。所以，多肽链虽叫“链”，却不像串珠项链那样想怎么盘就怎么盘，而更像自行车的链条，只能在非常有限的范围之内变化。
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图2—71 肽链上的4个氨基酸的片段。绿色的键，就是肽键。注意，红色的是连接在碳上的氧，蓝色的氮上有一个氢，氢和氧总是处在相反的两侧。（作者绘）
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图2—72 正中间的是“胱天蛋白酶3号”（Caspase 3），这种蛋白质与细胞的程序性死亡关系密切，与癌症和衰老息息相关，但我们只关心它的二级结构：涂成红色的是α螺旋，涂成蓝色的是β片层，左右两边分别放大了它们。可见，是肽键之间的氢键，也就是那些断珠线，将细长的肽链约束成了这些具体的形态。（作者绘）
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但是，自行车链条除了相邻的两节会彼此铰接，其余任何两节之间就都再没有什么相互作用了，而多肽链却不一样。那些氨基酸残基之间存在着各种相互作用，就如同这链条的某些节上长了钩子，某些节上长了扣子，某些节上长了搭子，某些节上长了套子……如图2—73，这些小结构互相匹配，非要盘成某个特定的形状才能稳定。而经过疏水作用和氨基酸残基的相互作用，多肽最后盘成的特定形状，就被称为蛋白质的三级结构。
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可是，这成千上万的氨基酸残基互相匹配，就不会乱套吗？
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可能性当然有，但实际上很难发生，因为多肽链并不会同时暴露所有的残基，一窝蜂地匹配，而是从多肽链的一段开始，一个残基一个残基地匹配。
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图2—73 这是一个虚构的蛋白质，只标注了影响三级结构的氨基酸残基，它们彼此之间的相互作用让二级结构中的螺旋和片层进一步组织成某种三级结构——近似一个带有大窟窿的怪异球体。（作者绘）
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