蛋白質的分子雖然是由一個個氨基酸基串聯(lián)而成的一條鏈，但它并不是筆直的，而是三維立體的。

    哦，對了，地球上所有生物的蛋白質都是由氨基酸基構成的，而且這些氨基酸種類不多，一共只有二十種。

    有一種觀測微觀世界物質結構的方法，叫x射線衍射法。利用x射線照射被測物質，根據折射出來的射線所形成的影像來判斷物體內部原子排列情況。人們據此對一種角蛋白的結構做出了解析，提出了蛋白質的螺旋結構學說。

    進一步分析其原因是一種鍵能為共價鍵10%左右的弱鍵――氫鍵――所起的作用。多肽鏈受到本身諸多氫鍵的牽引，形成螺旋形的走向。雖然單個氫鍵較弱，但是許多氫鍵共同作用，使得多肽鏈處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。

    這種立體形狀的結構被稱為蛋白質的二級結構。是不是想到了dna的雙螺旋結構，道理是一樣一樣的。

    氨基酸結合成肽鏈后，各個氨基酸基上的r基團就成為主鏈的側鏈。這些側鏈有不同的性質。像丙氨酸、苯丙氨酸等，他們的基團沒有電極性，和水分子沒有吸引力，是疏水性的。但有的氨基酸的側鏈，如絲氨酸、蘇氨酸，它們的基團和水分子會產生吸引力，是親水性的。還有如谷氨酸、天冬氨酸，不僅親水，而且顯酸性。而賴氨酸，不僅是親水的，而且顯堿性。

    所以，在不同氨基酸序列的多肽分子上，各種側鏈處于不同的位置和空間關系，相互吸引或排斥。有的可以形成一定的化學鍵而結合起來；有的側鏈由于是疏水性的，所以疏離外部的水環(huán)境而卷入分子的內部；有的側鏈則由于親水性，而貼近外部的水環(huán)境。這些因素會使多肽在二級結構的基礎上進一步彎曲纏繞，形成蛋白質的團塊形的三級結構。

    如果幾條這樣的肽鏈團塊聚合到一起，構成一個固定的分子集團，就成為蛋白質的四級結構。

    這樣，高級結構的蛋白質分子可能形成各種凸凹的立體形狀，通過各種化學鍵，能與各種對象的大大小小的分子形成特異性的立體嵌接，發(fā)揮著各種不可替代的生物作用。而造成這些立體形狀的最根本的條件還在于蛋白質的一級結構。

    如果舉個例子，我們就可以更容易地理解這些結構的意義。

    人們曾深入地研究血液中的紅色物質，現(xiàn)在我們都知道，那是血紅蛋白。這種含有鐵的蛋白質是血液呈紅色的原因。

    血紅蛋白的作用是把肺里的氧氣搬運到組織里去，再幫助把組織里的二氧化碳運到肺里排出體外。

    人類的血紅蛋白的分子量為66800，也就是說，有66800個氫原子那么重。由兩種肽鏈各兩條組成，一種肽鏈由141個氨基酸基組成，一種肽鏈由146個氨基酸基組成。

    這些氨基酸基的排列順序，就是人類血紅蛋白的一級結構。

    這些肽鏈呈現(xiàn)螺旋形結構，這就是二級結構。

    而這些肽鏈在本身呈螺旋形結構的同時，又按照一定的走向卷曲著，形成了三級結構。每個血紅蛋白的肽鏈卷曲之后大致形成一個球形。

    三級結構的肽鏈之間，許多側鏈能夠近距離對接起來，起到一定的連接作用，使肽鏈進一步聚集起來，形成四級結構。對于血紅蛋白來說，四條肽鏈相互鏈接在一起，像四個小球粘在一起，呈一個正四面體的陣形。每個小球被稱為血紅蛋白的亞單元。

    最重要的一點是，人類血紅蛋白的三級結構和四級結構是非常穩(wěn)定的。不會這個血紅蛋白亞單元是球形的，另一個是餅形的，這個四級結構是正四面體的，另一個是一條龍的。三級結構和四級結構非常穩(wěn)定且完全一致，所以所有的血紅蛋白都具有相同的生理功能。

    其實從生理學上來說，血紅蛋白的作用就是把氧氣從肺里搬運到組織中，再把組織中的二氧化碳搬運到肺里。為什么在生物進化的過程中，要形成如此大型而結構又如此復雜的分子呢？

    人們研究血紅蛋白與氧氣結合的過程發(fā)現(xiàn)，血紅蛋白與氧氣結合時并不產生氧化還原反應，無論結合氧還是脫氧，血紅蛋白中的鐵都是二價的。所以把這種現(xiàn)象稱為氧氣化和脫氧氣化，而不是氧化還原。

    科學家通過測定氧氣化血紅蛋白釋放氧氣的速度，發(fā)現(xiàn)：當氧氣化血紅蛋白進入毛細血管和組織后，環(huán)境的氧氣壓下降，血紅蛋白開始釋放氧氣，而一旦血紅蛋白開始釋放氧氣，則釋放氧氣的過程會加速進行。

    當血紅蛋白回到肺中，一旦開始與氧氣結合，則氧氣的進一步結合會更加容易。這一點對于血液充分吸收氧氣，并在組織里徹底釋放氧氣十分重要。這一結果被稱為波阿效應。

    經過科學家運用x射線結晶學檢測法對氧氣化和脫氧氣化血紅蛋白結構的比較研究，認為血紅蛋白中一個血紅素基與氧氣的結合和脫離都伴隨有肽鏈位置的微小變化，而肽鏈上一些氨基酸基的相互作用可影響另一些血紅素基，加速其與氧氣的結合和脫離。因此，血紅蛋白被比喻為高效的氧氣泵。

    這說明肽鏈的位置并不是不變的，它像真正的設備一樣不停地動作。我們可以把一個氨基酸基看成一個零件，那么一個血紅蛋白分子，就是由572個零件組成的一個復雜的機器。它不停地高效地在人體內搬運著氧氣和二氧化碳。

    人類不斷地努力探索，到1968年，已經收集到幾種哺乳動物的血紅蛋白和肌紅蛋白的氨基酸序列的資料?？偟膩砜?，它們與人血紅蛋白有一些不同，但收納血紅素基的‘口袋’幾乎總是相同的。

    到1970年，德國馬克斯?普朗克蛋白質研究所的胡伯發(fā)表了昆蟲血紅蛋白結構的論文。昆蟲和脊椎動物血紅蛋白的氨基酸序列很不一樣，但肽鏈的三級結構的折疊方式據說卻有驚人的相似之處。

    這種情況說明，在生物界，不同廠家生產的氧氣泵，外形尺寸、顏色、材料可能都不相同，但是結構和原理都是同一的。從這一點也可以佐證地球上的所有生命是有共同起源的。

    由此我們可以看出，一種蛋白質能具有某種生理功能的原因，就是由于它的復雜的三級結構和四級結構。最根本的還是各種鍵能不平衡，產生的相互吸引和排斥。以此為依托產生的各種微觀生物工具。

    元齊東所思考的就是如何用三維力場的表述方式，合理地簡化這種微觀生物工具的結構，以便于解析和利用。

    而且人類的基因有三萬九千個左右，人們還沒有完全了解所有這些基因的三級和四級結構，元齊東也在考慮如何通過已知的基因排列，推導出那些未知的結構。

    正在這些東西充滿元齊東腦袋的時候，杜曉梅的一腳讓這些東西融合了。謝天謝地，是融合了而不是混亂了。

    元齊東足足用了兩天的時間，搞清了五百多種蛋白質的三維分子力場結構。在他身邊，東西南北、鐵金剛等幾個計算機專家不停地忙碌著，不斷把元齊東提出的三維結構模擬在計算機上，再進一步用三維力場表述成微觀生物工具。

    第三天的傍晚，雪兒硬逼著元齊東停止了工作，他才從那種亢奮的狀態(tài)中脫離出來。不過他的目的已經基本達到了，因為這五百多種蛋白質可以說是最基礎的東西了。有了這些微觀生物工具的三維力場結構圖，分析起生命體運作的過程就會準確快捷很多。也可以更方便地推導出其他蛋白質的三維力場結構。

    剩下的工作可以安排給其他的人去做了，他可以輕松兩天。

    也真是難為他了，能記住那么多的基因結構。那東西枯燥極了。

    其實元齊東還有進一步的想法。這些種類的蛋白質的結構都是自然形成的，是自然界的杰作。

    不過正因為是自然形成的，這里面肯定有很多東西是多余的，或者不完善的。這一點很容易理解，天然的石頭再圓也沒有人工制成的圓。自然生長的稻子，產量再高也比不上人工種植的。

    所以元齊東決定有時間要設計一些全新的蛋白質，更高效更簡單，或者用途更特殊的蛋白質。手機用戶請瀏覽閱讀，更優(yōu)質的閱讀體驗。