酶

挑剔催化它们的酶。在许多细胞中，化学反应进行得非常慢，在没有正确的酶的时候，可以说事实上它们根本就不发生反应。一旦有了正确的酶，它们就反应得非常快，并且可以生成大量产物。

我愿意这样来表达：化学实验室里，架子上有数以百计的小口瓶和广口瓶，每个瓶子都盛放着一种不同的纯净物：化合物或元素、溶液或粉末。当一个化学家希望完成某个化学反应时，就选择两个或三个瓶子，从每个瓶子里取出一些样本，在一个试管或烧瓶中混匀，也许还要加热，然后，反应就发生了。同时，其他化学反应并未在实验室发生，因为小口瓶或广口瓶的玻璃屏障阻止了药品之间的接触。如果你想调配一个与此不同的化学反应，你就要在另一个烧瓶中混合与此不同的药品。这个化学实验室里到处都是玻璃屏障，使在小口瓶或广口瓶里的纯净物彼此隔离，并维持试管、烧瓶或烧杯中正在进行的反应组合彼此隔离。

活细胞也是一个巨大的化学实验室，其中储藏着同样丰富的化学品。但是，这些化学品并没有存放在架子上的小口瓶或广口瓶里。它们都是混在一起的。就好像是一个蓄意破坏者、粗暴的化学暴君进入了实验室，抓住架子上所有的瓶瓶罐罐，毫无章法地把它们倾倒进一个大锅。要发生什么可怕的事情了吗？好吧，如果所有可能发生的反应都一起发生，那将会很可怕。但是，它们并没有互相反应。或者说，虽然它们发生反应了，但是它们共同反应的速率太慢，简直就可以说完全没有发生反应。除非，有一个酶出现——这是“关键”。在活细胞里，并不需要“小口瓶”或“广口瓶”来隔离物质，因为无论如何，它们根本就没有任何意图和目的要去发生反应——除非有“正确的酶”出现。这种情况，就相当于将化学药品保存在塞瓶里，直到你想要混合特别的一对反应物（就说A和B吧）——这等于把上百种物质全都混合到一位大巫师的溶剂里，但是只提供能使A和B发生反应的合适的酶，而不提供酶给其他组合。事实上，这个隐喻——“毫无章法地翻打瓶子的蓄意破坏者”有点儿离谱。但细胞中确实含有一种叫作“膜”的“基础设施”，化学反应在膜与膜之间或膜内发生。从某种程度上说，这些“膜”，扮演着试管和烧瓶之间“玻璃隔离物”的角色。

本章这一节的重点就是——“正确的酶”主要是通过其实体形状保持其“正确性”的（这一点很重要，因为实体形状取决于基因，而自然选择最终嘉惠或膺惩的对象是基因的变异）。大量分子一直都在漂流、扭曲、旋转着穿梭在细胞内的细胞液中。物质A的一个分子可能很乐意与物质B的一个分子发生反应，但是只有当它们以完全正确的方位彼此相遇时才行。重要的是，这种情况很少发生——除非有正确的酶介入。酶的精确形状，是它把自己像磁铁项链一样折叠起来才形成的，并留有“凹痕”和“孔洞”，每一个都有其本身精确的形状。每个酶都有一个叫作“活性部位”（active site）的位点，这常常是一个特别的“凹痕”（dent）或“口袋”，其形状和化学性质赋予了酶“专一性”。凹痕一词没有充分表达“专一性”这一机制的精确程度。也许，用“电源插座”作类比会更好。在我的朋友——动物学家约翰·克雷布斯（John Krebs）所称的“插头大阴谋”中，世界各国对插头和插座令人不快地采取了不同的、任意的标准。英国的插头不能插入美国的插座，或法国的插座。蛋白质分子表面的活性位点就相当于“插座”——只有某些分子可与之匹配。然而，在世界各地的“插头大阴谋”仅仅动用了6种不同形状（这足以给旅客造成不断的烦恼），酶拥有的不同类型的“插座”则要远多于6个。

想象一种特别的酶，可以催化P和Q两种分子发生化学结合，形成化合物PQ。“插座”活性位点的一半刚好可以安置一个P型的分子，就像一片拼图。而这个“插座”的另一半，和一个Q型分子的形状精确吻合，使其插入——面向完全正确的方位，与已经在那儿的P分子产生化学性结合。通过酶分子协助配对，它们共享了该酶的同一个凹槽，牢固地保持了彼此之间的正确角度，然后P和Q实现了结合。在这之后，新的化合物PQ，脱离活性位点，进入细胞液，空出酶分子上的活性凹槽，使其可以撮合另一个P和另一个Q分子。一个细胞可能充满了成群同样的酶分子，都像汽车厂里的机器人一样连续工作，在细胞里合成的PQ数量也相当于自动化生产线规模。把另一个不同的酶放入相同的细胞，而它将会协助合成另一个不同的产物，可能是PR、QS或YZ。尽管可利用的原料是相同的，但最终产物不同。其他类型的酶与合成新的化合物无关，但与分解旧的化合物有关。一些这种类型的酶会在消化食物时起作用，它们也被用于制造“‘生物’洗衣粉”。但是，由于这一章是关于胚胎建造的，我们这里主要关心的是建设性的酶——新化学合成物的合成中介。我将一个这样的行为过程展示在彩页第12页。

对你而言，问题出来了：“凹槽拼图”和“插座”的例子都解释得非常好——高度专一的活性位点可以万亿倍地加速某一特定的化学反应；但是，这听起来难道不是过于异想天开？酶分子