蛋白质的四阶段

蛋白质不仅是人体机能的根本，而且在行为与演化发展方面与人类有着惊人的相似。我们可以通过研究蛋白质分子的不同演化阶段，以及它们与人类发展的相似之处来了解这一点。

蛋白质的原始结构是生命的开端，在显微镜下，它看起来有点像煮熟的意大利面，从不同的方向缠绕在一起。这种形态从设计上讲是灵活的，不局限于任何特定的结构，并且能够承担不同的角色。在我们的消化系统中，没有任何一种单一的蛋白质能分解我们摄入的所有食物。每一类食物都需要不同的蛋白质来分解：淀粉酶消化淀粉，脂肪酶消化脂肪，蛋白酶消化蛋白质（没错，有一种专门消化蛋白质的蛋白质）。

当然，作为身体的组成部分，蛋白质也有着自身的组成部分：氨基酸。蛋白质的主要结构是由氨基酸编码的独特顺序决定的，而氨基酸编码是由我们DNA中的基因序列（人类的基本生理编码）决定的。即便是组成一个蛋白质分子的数百个氨基酸中的几个发生了变化，也会对蛋白质在细胞内的形态以及细胞外的表达（表现型）产生显著的影响。

就像我们人类一样，蛋白质的命运在某种程度上从一开始就已写好。正如我们在成长过程中不断地适应改变一样，我们的基因和成长环境造就了我们，蛋白质也是一样。蛋白质折叠与人类的心灵一样，两者都是生化交互作用的微妙平衡，由固有的序列与周围的环境共同决定：先天与后天的结合。蛋白质的初始序列可能决定了它的发展方向，但它的实际形态与功能只有在第二阶段才能清楚地显现出来。对于大多数蛋白质来说，最初的意大利面式的结构不太稳定，无法让它们正常工作。在这种情况下，蛋白质会发展到二级状态，即通过自我折叠，变成更加稳定、灵活的三维结构——很像人类通过爬行来学会自主的移动。

这种二级结构的形成，进一步确定了蛋白质的功能。以角蛋白为例，这是一种纤维蛋白，是毛发（如果你仔细检查，就会在洗发水和护发素中发现α-角蛋白）、指甲、鸟爪这一类东西的主要成分。在第二阶段，角蛋白要么形成一种α-螺旋（扭曲）结构（其密实度和刚性让该结构成为生物学中较为坚实的结构），要么形成一种被称作β-折叠的结构（这是一种更宽松、更平坦、更软的结构）。你可以在蜘蛛网、鸟类羽毛以及许多爬行动物的防水皮肤中发现β-折叠结构。

随着时间的推移，二级结构进一步与自身发生相互作用，形成更符合其序列与环境的高级结构。你的肌肉中存在两种蛋白质：肌球蛋白（厚的）和肌动蛋白（薄的）。为了使肱二头肌收缩，两者必须相互作用——肌球蛋白用化学能刺激肌动蛋白，让它们相互交错滑动，产生收缩。这就是你可以用手举起这本书来阅读的原因。

要完成这项任务，蛋白质就需要进一步折叠，产生高级的、特定的三级结构，在这种结构中，蛋白质开始变得专门化，适应特定的职责，就像我们中的许多人为了成为科学家、医生或律师而接受职业培训一样。

三级结构代表了蛋白质发展的最后阶段。到了这个阶段，蛋白质不会再折叠为更复杂的结构了，但它仍然会进行适应、调整，与不同的伙伴蛋白质相结合，从而具备各种功能。这就像我妈妈所说的人被“烤熟”了，从个人与职业发展的烤箱中走出来，成为一个具有全部功能的成年人，做好了独立、开始新生活的准备。对于蛋白质和人类来说都一样，这是自给自足的时刻，在这个时候，你已经准备好独立行动，与他人一同高效地工作。

最后的四级结构代表的不是一个额外的发展阶段，而是蛋白质所能呈现的所有其他形态，以及它所能形成的所有化学键。以肌动蛋白为例，当它不帮助肌肉运动的时候，它也可以帮助细胞黏合在一起，并且在全身移动，在人的免疫系统中扮演重要的角色，在生成细胞组织、治愈伤口时发挥重要的作用。肌动蛋白是个多才多艺的小东西：毫无疑问，它是人体足球队中勤奋的中场球员之一。

你是否曾经觉得自己在工作中和在家里是完全不一样的人？这就像蛋白质的四级结构一样，四级结构的蛋白质能适应不同的条件与环境，发挥不同的作用，这一切都取决于维持身体平稳运行的东西是什么。在这种四级形态下，蛋白质是通用性的典范，可以根据需求从一种用途转变为另一种用途。四级结构的蛋白质是我们所有人的榜样，也能方便我理解人类行为中令人困惑的另一个方面：为什么人类行为在不同的情境下是不一致的。不仅如此，我相信蛋白质在这方面的进化比人类强得多：它们能毫无保留地改变自己的形态与功能，而我们常常会陷入困境，时常难以接受个人成长的需要，抵制环境的变化，不能像蛋白质一样适应环境。

当15岁的我把含有蛋白质的细胞放在显微镜下时，难以通过观察他人来理解的东西就开始变得清晰起来了：我观察到了蛋白质的演变与成长，并且发现了它们的互动是动态的、依赖于情境的。科学家可能喜欢对我们所知的有关蛋白质的一切、蛋白质的工作方式进行定义与分类，但事实是，蛋白质有时会像以它们为基础的人类一样，易变、反复无常、难以捉摸。

即便如此，在涉及群体行为而非个体行为时，蛋白质仍然有一个重要的优势。它们没有情绪冲动的干扰，也不会担心别人会怎么想，它们可以自由地、以最客观有效的方式来行事。蛋白质的团队里只有行动，没有政治斗争，它们只负责完成任务。接下来我们来看看它们是如何实现这一点的。