极少数的多肽链具有功能

一号

【预备知识】

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因为 20 种氨基酸中的每一种在化学上都是独特的，并且原则上可以在蛋白质链中的任何位置出现，所以长度为四个氨基酸的不同可能多肽链有 20×20×20×20=160,000 种，或长度为 n 个氨基酸的不同可能多肽链有 20ⁿ 种。对于一个典型长度约为 300 个氨基酸的蛋白质，细胞理论上可以制造超过 10³⁹⁰ (20³⁰⁰) 种不同的多肽链。这是一个极其庞大的数字，即使只生产每种分子一个，所需的原子数量也将超过宇宙中存在的原子总数。

在这个巨大的、可设想的多肽链集合中，只有极小的一部分会形成一个稳定的三维构象——根据一些估计，可能不到十亿分之一。然而，细胞中存在的大多数蛋白质确实形成了独特且稳定的构象。这怎么可能呢？答案在于自然选择。一个结构和生化活性变化不可预测的蛋白质，不太可能有助于包含它的细胞生存。因此，这些蛋白质在作为生物进化基础的极其漫长的试错过程中，已被自然选择所淘汰。

因为进化选择了活生物体中的蛋白质功能，所以现今的蛋白质具有能够使其在细胞中执行特定催化或结构功能的化学特性。蛋白质的构建是如此精确，以至于一个氨基酸中即使是几个原子的改变，有时也会严重破坏整个分子的结构，导致所有功能丧失。而且，正如本章后面所讨论的，当某些罕见的蛋白质错误折叠事故发生时，对包含它们的生物体可能会造成灾难性后果。