蛋白质是半导体吗

生物体的原生质、肌肉、酶、激素、抗体甚至我们的头发，都是由蛋白质组成的。可以这么说：没有蛋白质就没有生命。

蛋白质中能量是能够传导的。用X光从不同方向轰击从血液中提取的血清蛋白的不同部位，最后总是在一个一定的地方断成两半（见图1（b））。可见血清蛋白分子，能够把X光的能量，通过某种方式，沿着分子内部传到联系最薄弱的、隐蔽的地方，使那里断裂开来。

此文发表于1962年“科学画报”9期327-328页。

蛋白质是由许多小的单位——氨基酸组成的。机器的零件是靠螺丝联系起来的，蛋白质中的这些氨基酸手拉手地用所谓肽链连起来，构成一条长的骨架。这种骨架不是笔直的，由于骨架上每隔3.7个氨基酸可以靠氢原子和氧原子间的氢键联系，形成弹簧那样的螺旋结构（见图1（a））。这一点，我们不妨做一个实验：将头发的一端挂一重物吊起来，然后用热的水蒸汽去喷它，一会儿，头发蛋白中的氢键便断裂，“弹簧”变松，因而头发变得较原来长得多了。蛋白质的这种弹簧本身又是盘来扭去的，好似炸麻花。

图1　蛋白质结构示意图

蛋白质的结构有很高的规则性和重复性，正如某些晶体物质。用X光衍射方法已证实蛋白质具有晶体的性质。因此它也可能具有半导体的能带结构即满带、禁带和空带。如禁带较宽，满带中电子跳不过，便是绝缘体。如禁带较狭，满带中电子受光或热的激发便易跳到空带中而能导电。加入杂质可改变导电性质，成为空穴（P）型或电子（N）型半导体。(https://www.daowen.com)

近年来科学家对几十种干蛋白质作了测定，发现它们的禁带宽度是在2.5～3.2电子伏特之间，须用很高的能量——相当于紫光和紫外光——才能激发，仅用简单的加热不能引起导电。所以说在一般情况下，纯碎的蛋白质是绝缘体，至多只能说是光导体。

但是蛋白质分子还可和其他成份结合起来，那么它可能是杂质半导体吗？

就血液中输送氧气的血红蛋白来说，它身上背着一只背包（见图1（c）），就是红色的血红素，装了许多很活跃的电子，很容易受光或热的激发而导电。测定的结果，血红蛋白的禁带变得窄一些了。

此外，还发现血红蛋白、白明胶和角蛋白，稍微吸附了一些水后，导电率迅速增加。这时水大概起了电子半导体的作用。又如将四氯苯醌加在血清蛋白中，导电率竟然增加了三万倍，大概它起了空穴半导体的作用。由此看来，蛋白质是杂质半导体，使它在能量传递中起重要的作用。

对蛋白质半导体性质的研究还是刚开始，实验结果也还有很多差异甚至是矛盾的。不过这项研究对生物化学、生物物理学和生物催化作用的探讨将有很大的帮助，这是一个崭新的科学方向。