蔗糖和醋酸细胞中大型分子-细胞研究电子显微镜
一个主要的基本问题就是：分子装置必须由原子组成虽然这一
点显而易见，但实际上它引发了深层次的问题一原子的形状和尺寸
种类很少 细胞中，开展大多数1：作的原子只有6种——碳原子、
氧原子、氮原子、硫原子、磷原子和氢原子(特定任务除外)二这些
原子根据其基本化学性质．可能仅仅由非常有限的方式连接起来。
分子装置必须建立在这些特定的限制之L。这很像我们玩的组装玩
具或“乐高”积术：也许你可以造出很多利一不同的造型，但较终
的形式都是在基本组成单位的形状和连接方式的限制下塑造完成的
、同理，我们将看到分子装置利用各种巧妙的手段，对有限种类的
原材料进行较优利用、
在现实世界中，我们所熟悉的装潢是由金属、木材、塑料和陶
瓷建造的，而细胞中纳米尺度的装置则由蛋白质、核酸、脂质和多
糖建造：细胞利用4种基本组合方案来制造分子装置 每种方案都
有其特有的化学性质，适于细胞中的不同角色。这里，我们需要借
助两个基本概念来理解化学特性的表现形式：化学互补性和疏水性
。
化学互补性：一旦分子相接触，它们便开始了相互作用。大多
数情况下，这种互作不是很强，所以它们通常只是撞了一下，然后
继续各自的运动。然而，如果这种互作是互补的，它们便与对方紧
密绑定起来。分子之间的相互作用通过其大量特定原子与原子的互
作来产生。单个原子问的互作通常较微弱，但当一个分子中的大部
分原子与邻近分子的原子匹配度较高时，这些互作便会累加而变强
。分子装置还利用两种特殊的相互作用(一个氢原子和一个氧原子
或氮原子形成的氢键，以及携带相反电荷的原子之间的盐桥)，将
分子们像小纽扣一样锁在一起。、
疏水性：这是一种由水的特殊性质引发的更难以捉摸的概念。
分子与水发生反应会趋向于以下两种方式中的其中一种：一种是与
水发生剧烈反应，这些分子往往富含氧和氮原子。被定义为亲水性
分子。亲水性分子易溶于水并会环绕着一个大小合适的水分子壳。
常见的亲水性小分子有蔗糖和醋酸(醋中酸味的来水分子壳。常见
的亲水性小分子有蔗糖和醋酸(醋中酸味的来源)。另一种是当把分
子置于水中时，它们会聚集起来，凝成球体以远离周围的水。这些
分子富含碳原子而不易与水反应，被定义为疏水性分子，恰如植物
油在水中的情况——疏水性的油分子聚集形成油滴，以使与水较少
接触。
细胞中的那些大型分子装置町以利用这两种化学性质。它们一
般都有着奇特的外形，利用氢键和盐桥来寻找具有互补结构的分子
。它们往往兼具亲水性区域和疏水性区域，可以与水进行不同的反
应。当分子溶于水后，亲水性和疏水性区域的不同空间分布样式也
会引发各种新奇活动。这四种组合方案——蛋白质、核苷酸、脂质
和多糖——正是使用上述特性的不同组合，来实现不同的分子目标
