在《沉靜下面的喧囂》這篇文章中，我們談到，在看似沉靜的美女的細(xì)胞里，分子的運(yùn)動(dòng)卻是超乎想象的激烈，每秒鐘和別的分子碰撞成千上萬(wàn)次。神奇的是，在這種“亂糟糟”的環(huán)境中，一切生命活動(dòng)卻能夠有條不紊地進(jìn)行。分子之間能夠彼此“辨別”，從成千上萬(wàn)種分子中準(zhǔn)確地找到與自己有關(guān)的分子，完成各種化學(xué)反應(yīng)，使生命成為可能。
可是細(xì)胞里既沒(méi)有“交通警察”，分子也沒(méi)有“眼睛”。那分子是通過(guò)什么方式“認(rèn)識(shí)”對(duì)方的呢？
兩個(gè)不同的分子要完美“結(jié)合”，要有兩個(gè)條件。一個(gè)是接觸面的形狀要高度配合。你凸出來(lái)的地方，我就要凹進(jìn)去；你凹進(jìn)去的地方，我就要凸出去。這就像碎成兩半的卵石，斷面是凸凹不平的，但是能夠彼此完美地對(duì)上。由于不同石頭斷裂時(shí)的斷面彼此不同，這塊石頭的斷面就無(wú)法和另一塊石頭的斷面對(duì)上。這就保證了分子結(jié)合的特異性。形狀不合的就結(jié)合不到一起。
中國(guó)古代調(diào)兵用的“虎符”，應(yīng)用的就是這個(gè)原理?！盎⒎蓖庑问且恢Ю匣?，縱向分為兩片。在外的將領(lǐng)手里一片，皇帝手里有另外一片。皇帝要調(diào)兵，就派人把這半片“虎符”帶去。只有兩個(gè)半片能完美對(duì)上，才說(shuō)明來(lái)人是真的帶著皇帝的旨意來(lái)的。調(diào)兵可不是小事，弄不好是要亡國(guó)的?！盎⒎钡脑恚f(shuō)明形狀相配是多么重要?？墒俏覀兩眢w里的分子早就“知道”這個(gè)原理了。
不過(guò)對(duì)于分子之間的作用，光是形狀還不保險(xiǎn)。細(xì)胞里的分子種類成千上萬(wàn)，萬(wàn)一有結(jié)合面相似的分子呢？細(xì)胞中的化學(xué)反應(yīng)可是出不得差錯(cuò)的，弄不好就會(huì)“胞死人亡”。所以在形狀之上，還要加一道“密”，這就是電荷也要配合。在接觸面的各個(gè)區(qū)域里，你帶正電的地方，我在相對(duì)的地方就得是負(fù)電。你是負(fù)電，我就得是正電。你沒(méi)有電，我也沒(méi)有電。要是電荷不配對(duì)，正電荷與正電荷碰到一起，就會(huì)由于“同性相斥”的原理，把配錯(cuò)了的分子“推開(kāi)”。
所以在分子水平，生命也是非?！奥斆鳌钡?。這兩道“密”（形狀和電性）一加，任憑你分子千變?nèi)f化，我也能準(zhǔn)確地找到“另一半”。
下一個(gè)問(wèn)題是，這種“絕配”是如何形成的呢？
我們細(xì)胞里的分子，主要是由碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、磷（P）幾種原子組成的。碳原子彼此相連成為骨架，上面再接上各種“功能基團(tuán)”，比如羥基 —OH（“羥”發(fā)音“槍”，前面那個(gè)橫道表示和骨架上的碳原子相連），巰基—SH（“巰”發(fā)音“秋”），氨基—NH₂，羧基—COOH（“羧”發(fā)音“梭”，里面的兩個(gè)氧原子都直接和碳原子相連，其中一個(gè)氧原子上還連一個(gè)氫原子）等等。這些原子通過(guò)“分享”它們的外層電子而結(jié)合在一起。
不過(guò)這個(gè)“分享”電子的情形要看是什么原子。碳原子很“平和”，和氫原子分享電子時(shí)，不“以大欺小”，而是“平等相待”。被碳原子和氫原子共享的那一對(duì)電子既不偏向碳原子，也不偏向氫原子，所以這樣形成的聯(lián)系（叫“化學(xué)鍵”）不帶電。我們叫它“非極性鍵”。
氧原子可不同了。它對(duì)電子很“貪心”，總想多得。所以被氧原子和氫原子共享的電子總是偏向氧原子一邊的。這樣，氧原子就帶一些負(fù)電，氫原子就帶一些正電，氧原子和氫原子之間的共價(jià)鍵也就被叫做“極性鍵”。
在羧基里面，不僅直接和氫原子相連的那個(gè)氧原子要從氫原子那里搶電子，另一個(gè)氧原子也不甘寂寞，通過(guò)碳原子間接地和氫原子搶電子。在兩個(gè)氧原子的“夾攻”之下，氫原子就快抓不住電子了。有些這樣的氫原子就干脆放棄，把電子完全交出，自己做個(gè)光溜溜的氫原子核（氫離子），離開(kāi)分子，在溶液中游蕩，這就是我們說(shuō)的“酸”（“酸性”就是溶液中氫離子濃度的量度，pH里面的那個(gè)H，指的就是氫離子）。醋（有效成分是乙酸 CH3COOH）是酸的，就是分子里面的氧原子搶電子太厲害，形成氫離子的結(jié)果。
除氧原子以外，氮原子也能“多占”它和氫原子之間的共用電子，使自己帶部分負(fù)電，氫原子帶部分正電，但程度不如氧原子那么強(qiáng)。
但是也不要把氧原子看成豪取強(qiáng)奪的“惡霸”。正是因?yàn)樗鼡岆娮拥奶匦?，分子帶有氧的地方就?huì)局部帶電。而分子的局部帶電正是為生命現(xiàn)象所必須的。
水分子是由一個(gè)氧原子和兩個(gè)氫原子組成的。可是兩個(gè)氫原子也“打”不過(guò)一個(gè)氧原子，都得多分一些電子給氧原子，使它帶部分負(fù)電荷，而兩個(gè)氫原子帶部分正電荷。帶負(fù)電的氧原子就要和另一個(gè)水分子上帶正電的氫原子互相吸引（這種聯(lián)系叫做“氫鍵”），使水分子之間“抓”得很牢，不容易“飛”出液面去（即“蒸發(fā)”），所以水的沸點(diǎn)很高，要攝氏100度才沸騰。
汽油是由碳原子和氫原子組成的分子的混合物。由于碳原子對(duì)氫原子“平等相待”，分子不帶電，彼此吸引力很小，所以汽油極容易揮發(fā)。水分子比汽油中的分子小很多。要是它不局部帶電，就會(huì)比汽油還容易揮發(fā)，在室溫下就不可能有液態(tài)水了，生命也就難以形成。
蛋白質(zhì)是由20種不同的氨基酸線性相連形成的。氨基酸的“側(cè)鏈”（不參與氨基酸之間連接的部分）有的不帶電，有的帶正電，有的帶負(fù)電。由于水分子是局部帶電的，那些不帶電的側(cè)鏈在水中“不受歡迎”（所以叫做“憎水”的，或者“親脂”的）。這些被“排斥”的側(cè)鏈只好彼此聚在一起，在這個(gè)過(guò)程中也把蛋白質(zhì)“卷”成一定的形狀：不帶電的部分在內(nèi)部，帶電的側(cè)鏈被水“歡迎”（所以叫做“親水”的），位于外部。這樣，蛋白質(zhì)分子就既有了形狀，又有了外部的電荷分布。根據(jù)蛋白質(zhì)中20種氨基酸的排列情形不同，每一種蛋白質(zhì)就有了自己特有的形狀和表面電荷分布。我們前面說(shuō)到的兩種“加密”方式，就這樣被“創(chuàng)造”出來(lái)了。
細(xì)胞里的其它小分子，也根據(jù)它們的分子形狀和帶電情況和蛋白質(zhì)相互作用。由于蛋白質(zhì)的形狀和帶電情況是高度特異的，每一個(gè)小分子也只會(huì)與它的代謝有關(guān)的蛋白質(zhì)分子相互作用。它們的這種對(duì)應(yīng)關(guān)系，是在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中逐步發(fā)展完善起來(lái)的。
遺傳物質(zhì)DNA的形成也和蛋白質(zhì)形成的原理類似。核苷酸上面的堿基（嘌呤和嘧啶）主要是碳和氫組成的環(huán)，具有親脂性。它們彼此疊在一起，位于DNA分子內(nèi)部。磷酸根和核糖親水，彼此連接，位于分子的外部。內(nèi)部堿基上面的羥基和氨基由于氫原子帶部分正電，可以和對(duì)面堿基上的氧原子和氮原子相互吸引，形成堿基配對(duì)。所以DNA雙螺旋分子的形成，其實(shí)也是基于親脂親水的原理。
這種“親水”和“親脂”的性質(zhì)不僅在蛋白質(zhì)和核酸分子的構(gòu)造上起作用，在細(xì)胞膜的形成上也是必不可少的。最初的生命要在水中形成，首要條件就是把自己的內(nèi)容物和環(huán)境分隔開(kāi)來(lái)。這個(gè)“墻壁”不能溶于水，否則就當(dāng)不成墻壁了。但是把汽油加到水里并不會(huì)在水中形成薄膜。所以這個(gè)“墻壁”必須里面是“油”，外面親水。這個(gè)任務(wù)就由磷脂來(lái)?yè)?dān)當(dāng)。磷脂分子上有兩個(gè)脂肪酸，它們長(zhǎng)長(zhǎng)的碳?xì)洹拔舶汀焙推头肿宇愃疲怯H脂的，位于膜的內(nèi)面。另一頭的磷酸根是高度親水的，朝向膜的外面。由于膜有兩個(gè)面，所以膜是雙層的。每一層的脂肪酸尾巴向內(nèi)，彼此相接，形成油性的內(nèi)層。磷酸根朝外，與水接觸。
我們的日常生活中，也常用到親脂和親水的原理。比如衣服上有了油跡，怎么辦呢？一種辦法是用親脂的液體（叫“有機(jī)溶劑”，如四氯乙烯）去把油溶解掉，叫做“干洗”。其實(shí)干洗也用液體，不過(guò)用的不是水。最常用的還是水洗，用肥皂或其它去垢劑。它們分子的一端是親脂的長(zhǎng)碳?xì)滏?，相?dāng)于汽油，另一端是親水的基團(tuán)（如肥皂里面的羧基和洗衣粉里面的磺酸基）。親脂的長(zhǎng)鏈將油跡包裹，親水的基團(tuán)包在外面，就把污物帶離衣物了。
氧、氮等原子對(duì)氫原子上電子的“掠奪”，造成了局部的電性，導(dǎo)致了分子的親水性。而碳原子的“平等待人”又導(dǎo)致了親脂性的產(chǎn)生。就是這兩種性質(zhì)的相互配合，使得生物大分子得以有特定的形狀和電荷分布，使它們之間能夠互相“認(rèn)識(shí)”。這兩種作用也使細(xì)胞膜能夠形成，并且在細(xì)胞內(nèi)形成各種結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，還能形成多細(xì)胞結(jié)構(gòu)，以致整體人體。生命現(xiàn)象看似復(fù)雜，卻有許多簡(jiǎn)單的基本原理在起作用。了解了這些基本原理，我們對(duì)這個(gè)世界的理解就又進(jìn)了一步。