有20种可能;而当两个氨基酸相连时,可能存在的结构就激增到400
种;以此类推,三个氨基酸相连的可能性有8000种,之后每连接一
个氨基酸,都会让可能的结构种类扩大20倍。用数学语言描述,这
是一个“指数函数”,一个分子中有几个氨基酸相连,那么这个分
子可能的结构种类就等于几个20相乘。一个普通的蛋白质分子往往
包含上百个氨基酸,那么它可能的结构种类就是一个天文数字。
即使明确了氨基酸排列的顺序,也仍然可以“制造”出不同的蛋白
质,因为这些氨基酸排列时还有一个秘籍——氢键。键在古语中也
有“锁”的意思,所谓的“氢键”,顾名思义,便是氢原子构成的
锁链。
原子是物质世界的基本单元,但它们到底是怎么构成如此之多物质
的呢?为了描述微观世界中原子连接的方式,科学家创造出“化学
键”的概念。以人类现有的认识水平,没有办法彻底弄清楚化学键
的本质究竟是什么,它或许就是原子之间的作用力,但是很可能又
不只是作用力那么简单(事实上,诺贝尔化学奖获得者鲍林有一部
著名的作品《化学键的本质》,划时代地揭示出化学键就是电磁作
用力,但是有关化学键的计算依然相当复杂)。就像你知道的,你
的爸爸妈妈是一对恩爱的夫妻,可是我们却无法真正去理解“夫
妻”的本质关系。法律上,夫妻关系固然只是一纸结婚证就能定义
的关系,可实际上却远非如此,因为在你和他们的交流中,明显可
以感受到更多的亲情。
不管怎么样,“化学键”至少是个很形象的模型,它像锁链一般勾
连了各种原子,让它们以特定的方式紧密地连接在一起。氨基酸串
联成蛋白质,也是因为氨基酸的分子之间形成了化学键。
在氨基酸中,大量的氢原子连接在氮原子上,构成氨基酸中的“氨
基”。这是个异常失衡的关系,氮原子实在过于强势,它几乎彻底
夺走了氢原子中的电子。
于是,在小小的氨基之中,氢原子只能表现出很强的正电性。当很
多氨基酸连接成蛋白质时,不平衡的量变终于激起了质变。
构成氨基酸中“酸”的那一部分,在化学上被称为羧基。当氨基酸
组合的时候,羧基和氨基便会首尾相接,形成强力的肽键——这当
然也是一种化学键。
比起单纯的氨基来说,肽键的结构更加失衡。氧原子比氮原子更强
势,它争夺整个体系中的电子,自身显露出很强的负电性,徒留失
去电子的氢原子展现正电性。
蛋白质中有很多个这样的肽键,它们也都是同样的结构,一端是正
电的氢原子,一端是负电的氧原子。于是,一场单纯的物理学“恋
爱”启动了:一个肽键中的氢原子会与另一个肽键中的氧原子互相
吸引,直到两个肽键紧紧地结合在一起。这种现象,几乎只会在有
氢原子存在的时候形成,不同的肽键因它“锁在”一起,故而被称
为氢键。
肽键之间的互相结合,让氨基酸串联起来的蛋白质不可能以简单的
长链状存在,它会因此旋转、扭曲甚至来个180°的反向折叠。所
以,即使是同样顺序排列的蛋白质,也可能表现出各式各样的结构
形式,这也在一定程度上加剧了蛋白质的复杂性。
不过,在你耳道中由蛋白质构成的鼓膜上,氢键还具有另一个关键
的作用。
氢键的存在,加强了蛋白质内部的吸引力,也加强了不同蛋白质之
间的吸引力。某种意义上说,它就像胶水一样,让蛋白质分子团结
在一起。
这个特性对你而言至关重要。传入你耳道中的声波,是由一群气体
分子振动形成的。每一个分子都像是微小得看不见的鼓槌一样,重
重地敲在鼓膜之上。你的鼓膜也会因它们的敲击而振动。如果你的
鼓膜不够强韧,那么这一次又一次敲击带来的巨大压力,鼓膜就有
可能因为承受不住而破裂。
氢键的存在,让蛋白质拥有极高的强度和韧性。于是,那些蛋白质
构成的兽皮,可以作为鼓面经受猛烈的敲打。至于耳道中的鼓膜,
虽然只是薄薄的一层,却也不是那么脆弱,能够在你平时的生活中
保持完好。
当然,若是遭遇险恶的环境,这层鼓膜也可能被破坏。或许有一
天,你只是打个喷嚏,颅内突如其来的压力就会把鼓膜顶破;又或
许,你去游个泳,跃入泳池的瞬间,水会将鼓膜压破;哪怕只是坐
一趟飞机,起飞降落时机舱内的压强变化,也会让鼓膜变得很不舒
适。这不能责怪鼓膜的品质,毕竟它的功能只是为了听取正常音量
的声音罢了,经不起这样的外力折腾。实际上,就算是音量过大,
比如声音达到130dB以上(相当于站在跑道边听着飞机起飞),也有
可能造成鼓膜的损伤。
所幸的是,你的身体对此早有准备。人类的鼓膜就和皮肤一样,在
受到轻微伤后,还是可以恢复的。只要注意别让伤口感染,即便是
有点破洞,鼓膜也会在一两个月内重新生长出来。
总之,鼓膜是一层结构巧妙的薄膜,可以感受到很轻微的振动,让
你得以捕捉声音的微小变化。不过,在你的身体里,能够精确振动
的部位,并不只有鼓膜。
4. 声带的主体也是蛋白质
电视机里动画片还在播放,窗外黄鹂的啼叫依然动听,而你也在慢
慢长大,日复一日听着这些有趣的声音。你在努力地模仿着这些形
形色色的声音,控制着自己身上的某个部位。
你此时大概还不知道自己到底该怎么发声,所以你的声音显得很随
意:也许是突然大笑,也许只是发出什么怪声。不过,你只要伸出
指头,按在自己的脖颈上,便可以知晓发声时身体的变化。
你喉咙处的声带在振动。你呼吸的气体分子经过声带时,可以让声
带振动起来,就像耳道中的空气分子敲击鼓膜一样。振动起来的声
带形成属于你的独特声波,又催动了周围的空气,让你的声音传播
开来。
这个过程或许有些抽象,但你可以找一张纸条来模拟这个过程:把
纸条贴在自己的嘴唇上,然后使劲吹气。你会发现,纸条会随着气
流飘动。等到你控制好吹气节奏、嘴唇张开的程度及气流的速度之
后,纸条便会像波浪一样起伏,还会发出尖锐的声音。
此时的纸条,已不再是一张普通的纸,它似乎更像是一种乐器。类
似的现象,古人早已注意到,也许在他们手中的“纸条”不过是张
树叶。后来,人类步入青铜时代,就有了金属制成的“纸条”。闲
暇时分,那时的音乐家们大概也会将它们吹响。在中国,这种金属
片被称为“簧”,它曾是一种独立的古老乐器,后来又被装入诸如
笙、唢呐这样的吹奏乐器中,沿用至今。
这簧片,其实就和声带的发声原理一样。古人云“巧舌如簧”,这
个比喻并不恰当。你发声时依赖的“簧片”实则是你的声带。唯一
的区别在于,声带是你身体的一部分。你可以想办法控制声带,而
不是任由它像纸张或簧片那样随气流摆动。
在唢呐这样的乐器中,为了控制声音的音调,其管道上被有序地凿