花香、酒精、硫酸…盤點七種分子的成名之路_風聞

原創：中科院物理所

作者：Patchen Barss

翻譯：Kun

審校:  Dannis

 

“就是這些微小的‘明星’造就了我們的世界”

從飲用水到DNA，從咖啡因到二氧化碳，再從立普妥（即阿託伐他汀）到萬艾可（即檸檬酸西地那非），分子決定了我們的特性，影響了我們的生活，並主導了我們的感受。或許我們肉眼並不能看見他們，但是有些分子的確是生物界的明星：他們有的以好聞或者難聞而著稱，有的可以讓我們感到沮喪或者高興，有的可能會污染我們的星球，也有可能會挽救我們的生命。甚至最具破壞性的分子對我們的文明也非常重要，如果沒有他們，現代工業便不會存在。在此，我們要介紹7個微粒界的名人，如果沒有他們我們的生活將完全不同。事實上，如果離開了其中某些分子，那麼人類的生命也將無從談起。

β-紫羅蘭酮——散發性感氣息的巨星

β-紫羅蘭酮是一種氣味甜美的分子，它能夠讓花具有迷人的香氣，所以它便因其性感的氣味而聞名。當你嗅聞野生紫羅蘭、享受情人節的花束或者捕獲到一縷香奈兒香水的氣味時，它便存在其中。正如專營天然香水的阿亞拉·莫里爾香水的創始人阿亞拉·莫里爾所言：“花就是植物的性器官”。β-紫羅蘭酮對花朵的繁殖具有“戰略意義”。而且有助於吸引蜜蜂和其他的昆蟲傳粉者。

而它又恰好會讓人感到愉悦，這也解釋了它在人造香水界的至上地位。香奈兒19號，花1號，“陣雨過後”，“藍調時光”還有許多其他香水都使用β-紫羅蘭酮。

β-紫羅蘭酮有很強的揮發性，即它很容易蒸發——否則它不能從花中氤氲而出。它還有極低的氣味檢測閾值。莫里爾説，儘管分子式一直都是C13H20O，但感受到的氣味卻因人而異。“β-紫羅蘭酮聞起來有點粉狀的感覺，同時又帶有新鮮的氣息；而有些人又可能會覺得它更像果味，比如覆盆子那樣的。”

乙醇——著名的致醉物

從朋克搖滾到歌劇，從婚禮到世界領導人會晤，無論是慶祝用香檳杯，還是冰鎮的馬提尼酒杯，抑或是起沫的啤酒杯，都會倒入乙醇，即眾所周知的物質——酒精。

血流迅速吸收乙醇分子，乙醇隨着血液，不僅到達肝臟，腎臟，還到達大腦——在那裏它會干擾與記憶、言語和決策有關的神經遞質受體蛋白。這些受體通常包含充滿水的腔體，而乙醇會進入腔體置換出水。奧斯汀德克薩斯大學瓦格納酒精與成癮研究中心主任R·艾德龍·哈里斯説：“在大多數蛋白質中，這種置換不會產生任何作用。因為對於這類蛋白，乙醇與水非常接近所以無關緊要。而在大腦的某些蛋白質中，乙醇會改變其功能。”

乙醇能夠刺激具有腦部抑制作用γ-氨基丁酸（GABA）受體，並抑制具有腦部刺激作用的穀氨酸受體。乙醇還能刺激那些能誘導產生幸福感的腦部化學物質生成，包括多巴胺和內啡肽。結果就是爛醉如泥和迷迷糊糊的興奮狀態——我們稱之為醉酒。

因為一克酒精會使排尿增加10毫升，所以飲酒者會脱水。當人體代謝乙醇時，水將重新插入蛋白質的腔體中，然後大腦才會發現自己處於工作過度的狀態。這樣帶來的後果是頭痛、睡眠中斷、疲勞和宿醉噁心。這就是為什麼許多參加完聚會的人發現第二天早上小酌一杯可以緩解這些症狀，以及為什麼長期酗酒的人非常迫切地想再一次飲酒。

催產素——因愛和其他善舉而聞名

酒精與催產素的致醉能力相比根本不值一提。催產素在流行文學中被譽為愛情荷爾蒙。行為內分泌學家蘇·卡特研究這種分子已有33年，他説：“要是沒有催產素，就不會有人類了。”

**研究表明催產素與性高潮的愉悦感，對愛的人的保護欲，緩解壓力，飽腹感，慷慨感，甚至某些記憶回溯都有關。**在分娩過程中，催產素會引起子宮收縮。儘管許多哺乳動物在分娩時不需要它，但擁有一顆大腦袋的人類嬰兒，只有催產素的幫助下才能通過母親的子宮頸。它還會引起哺乳期媽媽的泌乳。卡特説，“這是一個古老的分子，它起源於很久以前，並且被我們的“節儉的”生物學一遍又一遍地重複用於多個方面。”

催產素由9個氨基酸組成，其中包含標準有機化學構成單元——碳，氫，氮和氧。但是對於一個愛情分子，它也有兩個“惡魔”般的硫原子（C43H66N12O12S2）。研究催產素分子特性的Martin-Protean公司的創始人蘭斯·馬丁説：“二硫鍵是生物系統中最不穩定的鍵，這意味着它們容易斷裂。”他還説，催產素的二硫鍵會與一些非反應性蛋白質結合，以休眠形式在我們的系統中傳輸，直到在它的生物分子環境發生變化或者一些新的蛋白質、激素或其他元素開始起作用。二硫鍵很容易斷裂，一旦斷裂，催產素就開始起作用了——完成包括減輕壓力，產生幸福感，促進彼此之間的信任感在內的很多任務。

Draculin——潛在的救星

在進食過程中，嗜血蝙蝠利用Draculin（一種由400多種氨基酸組成的強效抗凝血劑）使進食過程中獵物的血液能不斷流動**。**這正是近期臨牀研究表明該分子可以幫助治療中風患者的原因，它可以溶解血塊。

在美國每年有將近80萬例中風病例，其中約有137,000例是致命的。大約87％的中風是缺血性的，也就是説，血塊切斷了大腦的氧氣供應。目前標準治療方案是，用一種被稱為組織型纖溶酶原激活劑（tPA）的蛋白質，溶解此類凝塊，但可能導致腦部損傷。在大多數情況下，tPA必須在中風後的三個小時內進行使用，否則其風險都將大於潛在療效。而Draculin可以將該窗口期延長至長達9個小時。而且與tPA不同，**Draculin尚未表明會對大腦產生負作用。**它會作用在於一種叫做X因子的酶上，從而抑制這種酶在凝血過程中的作用。

聚乙烯——著名的污染物

需要用數年的時間才能將聚乙烯分解。在我們有生之年，即使在陽光下，聚乙烯都不會發生生物降解。聚乙烯是包含了一串亞甲基單元的聚合物，這一串亞甲基單元的兩個末端各有一個氫原子（使得化學反應能夠平衡）。但是每一個亞甲基單元只由一個碳原子和兩個氫原子組成。因此在分子水平上，塑料袋和掛着它的樹枝一樣都是有機物。

“聚乙烯在好幾個方面都有降解方面的問題，因為它的結構太簡單了。”研究聚乙烯已有二十年的里賈納·瓦盧齊説，“若要進行化學反應，就需要提供一些反應位點，如酸位點、鹼位點，吸電子基團，雙鍵以及酶觸時化學反應相互作用的‘變形’區域。而聚乙烯不能提供良好的反應位點。”

聚乙烯如此受歡迎的唯一原因就是它的穩定性。以其最稠密的形式，它比凱夫拉（Kevlar）強度還要高。它的氫含量很高，這使其成為抵抗某些形式輻射的有力屏障。

儘管聚乙烯通常衍生於石油或天然氣，它也可以通過有機材料來生產。當消費者在權衡紙與塑料的優劣時，科學家們正在考慮石油與生物量的優劣，因此在未來幾十年中，很可能聚乙烯袋將生長在樹上而不是被掛在樹枝上。

甲硫醇——著名的臭鬼

**放屁、爛白菜、口臭、腐肉——當你聞到或者排出甲硫醇這種分子時，你肯定能記住它。**四個氫原子加一個碳原子與一個硫原子結合在一起，就形成這個“臭彈”分子CH4S，當我們消化代謝蘆筍時也會釋放CH4S，從而產生了傳説中的“蘆筍小便”現象。在臭鼬噴霧劑和數小時之久的人類汗液中也可以發現他們。甲硫醇分子看起來與乙醇相似，只是多了一個亞甲基，而且氧被硫取代——如此一來，這個分子非但不會讓你變醉，它反倒會很難聞。它難聞到人的鼻子可以檢測出十億其他分子中的一個甲硫醇分子。它們發出非常清晰的嗅覺信息：離遠點。

而這正是這種令人生厭的分子惡名的來源——它令人不適的味道使得我們與腐壞的食物和分解的殘渣離得遠遠的。不過它也會拯救生命。我們把它加到天然氣中，後者本身無色無味但是呼吸起來致命，並且高度易燃。注入的甲硫醇使得這種很難被探測的化學物質有了味道——或者説是無法忽略的惡臭味，從而提示人們及時檢漏或者及時逃生。

硫酸——臭名昭著的惡棍和美麗的英雄

當暴徒向哥譚市地方檢察官哈維·登特投擲硫酸時，它破壞了他一半的臉，並剝奪了他的判斷是非的能力，從而使他變成了蝙蝠俠的惡棍畫廊中一個眾所周知的反派——雙面人。

硫酸，別稱礬油，分子式 H2SO4（一種無色，無味的油狀液體），腐蝕金屬和石材的同時能夠產生有爆炸性的氫氣。除了酸度外，它對水有着“近乎瘋狂的食慾”，可以從木材，紙張，棉花和人的肉中吸水，並快速致其脱水甚至碳化。它會使接觸位置的肉腫脹並燒壞，通常會留下無法消失的疤痕。

然而，我們每天都需要這種臭名昭著的破壞者。硫酸被用於製造肥料和炸藥。它也是汽車電池中用到的酸。它可以去除金屬表面的雜質。它對人造絲和其他半合成纖維的生產至關重要。清潔劑、廢水處理、煉油和化學工業製造正是利用了前文所説硫酸的那種“有害”的特性。美國每年生產超過4000萬噸的硫酸，這比任何其他生產的化學品都要多。

化學教授和諾貝爾獎獲得者羅爾德·霍夫曼説：“雖然你不能在超市買到，但它的確是其他化學分子的轉換器。”在一個化學家來看，這種分子非常有用，他甚至認為它很美。他説：“我愛硫酸。”

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