蔗糖和醋酸細胞中大型分子-細胞研究電子顯微鏡
一個主要的基本問題就是：分子裝置必須由原子組成雖然這一
點顯而易見，但實際上它引發了深層次的問題一原子的形狀和尺寸
種類很少 細胞中，開展大多數1：作的原子只有6種——碳原子、
氧原子、氮原子、硫原子、磷原子和氫原子(特定任務除外)二這些
原子根據其基本化學性質．可能僅僅由非常有限的方式連接起來。
分子裝置必須建立在這些特定的限制之L。這很像我們玩的組裝玩
具或“樂高”積術：也許你可以造出很多利一不同的造型，但較終
的形式都是在基本組成單位的形狀和連接方式的限制下塑造完成的
、同理，我們將看到分子裝置利用各種巧妙的手段，對有限種類的
原材料進行較優利用、
在現實世界中，我們所熟悉的裝潢是由金屬、木材、塑料和陶
瓷建造的，而細胞中納米尺度的裝置則由蛋白質、核酸、脂質和多
糖建造：細胞利用4種基本組合方案來制造分子裝置 每種方案都
有其特有的化學性質，適于細胞中的不同角色。這里，我們需要借
助兩個基本概念來理解化學特性的表現形式：化學互補性和疏水性
。
化學互補性：一旦分子相接觸，它們便開始了相互作用。大多
數情況下，這種互作不是很強，所以它們通常只是撞了一下，然后
繼續各自的運動。然而，如果這種互作是互補的，它們便與對方緊
密綁定起來。分子之間的相互作用通過其大量特定原子與原子的互
作來產生。單個原子問的互作通常較微弱，但當一個分子中的大部
分原子與鄰近分子的原子匹配度較高時，這些互作便會累加而變強
。分子裝置還利用兩種特殊的相互作用(一個氫原子和一個氧原子
或氮原子形成的氫鍵，以及攜帶相反電荷的原子之間的鹽橋)，將
分子們像小紐扣一樣鎖在一起。、
疏水性：這是一種由水的特殊性質引發的更難以捉摸的概念。
分子與水發生反應會趨向于以下兩種方式中的其中一種：一種是與
水發生劇烈反應，這些分子往往富含氧和氮原子。被定義為親水性
分子。親水性分子易溶于水并會環繞著一個大小合適的水分子殼。
常見的親水性小分子有蔗糖和醋酸(醋中酸味的來水分子殼。常見
的親水性小分子有蔗糖和醋酸(醋中酸味的來源)。另一種是當把分
子置于水中時，它們會聚集起來，凝成球體以遠離周圍的水。這些
分子富含碳原子而不易與水反應，被定義為疏水性分子，恰如植物
油在水中的情況——疏水性的油分子聚集形成油滴，以使與水較少
接觸。
細胞中的那些大型分子裝置町以利用這兩種化學性質。它們一
般都有著奇特的外形，利用氫鍵和鹽橋來尋找具有互補結構的分子
。它們往往兼具親水性區域和疏水性區域，可以與水進行不同的反
應。當分子溶于水后，親水性和疏水性區域的不同空間分布樣式也
會引發各種新奇活動。這四種組合方案——蛋白質、核苷酸、脂質
和多糖——正是使用上述特性的不同組合，來實現不同的分子目標
