花香、酒精、硫酸 ...... 盘点 7 种分子的成名之路

以下文章来源于中科院物理所 ，作者 Patchen Barss

作者：Patchen Barss

翻译：Kun

审校 : Dannis

" 就是这些微小的‘明星’造就了我们的世界 "

从饮用水到 DNA，从咖啡因到二氧化碳，再从立普妥（即阿托伐他汀）到万艾可（即柠檬酸西地那非），分子决定了我们的特性，影响了我们的生活，并主导了我们的感受。或许我们肉眼并不能看见他们，但是有些分子的确是生物界的明星：他们有的以好闻或者难闻而著称，有的可以让我们感到沮丧或者高兴，有的可能会污染我们的星球，也有可能会挽救我们的生命。甚至最具破坏性的分子对我们的文明也非常重要，如果没有他们，现代工业便不会存在。在此，我们要介绍 7 个微粒界的名人，如果没有他们我们的生活将完全不同。事实上，如果离开了其中某些分子，那么人类的生命也将无从谈起。

β - 紫罗兰酮——散发性感气息的巨星

β - 紫罗兰酮是一种气味甜美的分子，它能够让花具有迷人的香气，所以它便因其性感的气味而闻名。当你嗅闻野生紫罗兰、享受情人节的花束或者捕获到一缕香奈儿香水的气味时，它便存在其中。正如专营天然香水的阿亚拉 · 莫里尔香水的创始人阿亚拉 · 莫里尔所言：" 花就是植物的性器官 "。β - 紫罗兰酮对花朵的繁殖具有 " 战略意义 "。而且有助于吸引蜜蜂和其他的昆虫传粉者。

而它又恰好会让人感到愉悦，这也解释了它在人造香水界的至上地位。香奈儿 19 号，花 1 号，" 阵雨过后 "，" 蓝调时光 " 还有许多其他香水都使用 β - 紫罗兰酮。

β - 紫罗兰酮有很强的挥发性，即它很容易蒸发——否则它不能从花中氤氲而出。它还有极低的气味检测阈值。莫里尔说，尽管分子式一直都是 C13H20O，但感受到的气味却因人而异。" β - 紫罗兰酮闻起来有点粉状的感觉，同时又带有新鲜的气息；而有些人又可能会觉得它更像果味，比如覆盆子那样的。"

乙醇——著名的致醉物

从朋克摇滚到歌剧，从婚礼到世界领导人会晤，无论是庆祝用香槟杯，还是冰镇的马提尼酒杯，抑或是起沫的啤酒杯，都会倒入乙醇，即众所周知的物质——酒精。

血流迅速吸收乙醇分子，乙醇随着血液，不仅到达肝脏，肾脏，还到达大脑——在那里它会干扰与记忆、言语和决策有关的神经递质受体蛋白。这些受体通常包含充满水的腔体，而乙醇会进入腔体置换出水。奥斯汀德克萨斯大学瓦格纳酒精与成瘾研究中心主任 R · 艾德龙 · 哈里斯说：" 在大多数蛋白质中，这种置换不会产生任何作用。因为对于这类蛋白，乙醇与水非常接近所以无关紧要。而在大脑的某些蛋白质中，乙醇会改变其功能。"

乙醇能够刺激具有脑部抑制作用 γ - 氨基丁酸（GABA）受体，并抑制具有脑部刺激作用的谷氨酸受体。乙醇还能刺激那些能诱导产生幸福感的脑部化学物质生成，包括多巴胺和内啡肽。结果就是烂醉如泥和迷迷糊糊的兴奋状态——我们称之为醉酒。

因为一克酒精会使排尿增加 10 毫升，所以饮酒者会脱水。当人体代谢乙醇时，水将重新插入蛋白质的腔体中，然后大脑才会发现自己处于工作过度的状态。这样带来的后果是头痛、睡眠中断、疲劳和宿醉恶心。这就是为什么许多参加完聚会的人发现第二天早上小酌一杯可以缓解这些症状，以及为什么长期酗酒的人非常迫切地想再一次饮酒。

催产素——因爱和其他善举而闻名

酒精与催产素的致醉能力相比根本不值一提。催产素在流行文学中被誉为爱情荷尔蒙。行为内分泌学家苏 · 卡特研究这种分子已有 33 年，他说：" 要是没有催产素，就不会有人类了。"

研究表明催产素与性高潮的愉悦感，对爱的人的保护欲，缓解压力，饱腹感，慷慨感，甚至某些记忆回溯都有关。在分娩过程中，催产素会引起子宫收缩。尽管许多哺乳动物在分娩时不需要它，但拥有一颗大脑袋的人类婴儿，只有催产素的帮助下才能通过母亲的子宫颈。它还会引起哺乳期妈妈的泌乳。卡特说，" 这是一个古老的分子，它起源于很久以前，并且被我们的 " 节俭的 " 生物学一遍又一遍地重复用于多个方面。"

催产素由 9 个氨基酸组成，其中包含标准有机化学构成单元——碳，氢，氮和氧。但是对于一个爱情分子，它也有两个 " 恶魔 " 般的硫原子（C43H66N12O12S2）。研究催产素分子特性的 Martin-Protean 公司的创始人兰斯 · 马丁说：" 二硫键是生物系统中最不稳定的键，这意味着它们容易断裂。" 他还说，催产素的二硫键会与一些非反应性蛋白质结合，以休眠形式在我们的系统中传输，直到在它的生物分子环境发生变化或者一些新的蛋白质、激素或其他元素开始起作用。二硫键很容易断裂，一旦断裂，催产素就开始起作用了——完成包括减轻压力，产生幸福感，促进彼此之间的信任感在内的很多任务。

Draculin ——潜在的救星

在进食过程中，嗜血蝙蝠利用 Draculin（一种由 400 多种氨基酸组成的强效抗凝血剂）使进食过程中猎物的血液能不断流动。这正是近期临床研究表明该分子可以帮助治疗中风患者的原因，它可以溶解血块。

在美国每年有将近 80 万例中风病例，其中约有 137,000 例是致命的。大约 87％的中风是缺血性的，也就是说，血块切断了大脑的氧气供应。目前标准治疗方案是，用一种被称为组织型纤溶酶原激活剂（tPA）的蛋白质，溶解此类凝块，但可能导致脑部损伤。在大多数情况下，tPA 必须在中风后的三个小时内进行使用，否则其风险都将大于潜在疗效。而 Draculin 可以将该窗口期延长至长达 9 个小时。而且与 tPA 不同，Draculin 尚未表明会对大脑产生负作用。它会作用在于一种叫做 X 因子的酶上，从而抑制这种酶在凝血过程中的作用。

聚乙烯——著名的污染物

需要用数年的时间才能将聚乙烯分解。在我们有生之年，即使在阳光下，聚乙烯都不会发生生物降解。聚乙烯是包含了一串亚甲基单元的聚合物，这一串亚甲基单元的两个末端各有一个氢原子（使得化学反应能够平衡）。但是每一个亚甲基单元只由一个碳原子和两个氢原子组成。因此在分子水平上，塑料袋和挂着它的树枝一样都是有机物。

" 聚乙烯在好几个方面都有降解方面的问题，因为它的结构太简单了。" 研究聚乙烯已有二十年的里贾纳 · 瓦卢齐说，" 若要进行化学反应，就需要提供一些反应位点，如酸位点、碱位点，吸电子基团，双键以及酶触时化学反应相互作用的‘变形’区域。而聚乙烯不能提供良好的反应位点。"

聚乙烯如此受欢迎的唯一原因就是它的稳定性。以其最稠密的形式，它比凯夫拉（Kevlar）强度还要高。它的氢含量很高，这使其成为抵抗某些形式辐射的有力屏障。

尽管聚乙烯通常衍生于石油或天然气，它也可以通过有机材料来生产。当消费者在权衡纸与塑料的优劣时，科学家们正在考虑石油与生物量的优劣，因此在未来几十年中，很可能聚乙烯袋将生长在树上而不是被挂在树枝上。

甲硫醇——著名的臭鬼

放屁、烂白菜、口臭、腐肉——当你闻到或者排出甲硫醇这种分子时，你肯定能记住它。四个氢原子加一个碳原子与一个硫原子结合在一起，就形成这个 " 臭弹 " 分子 CH4S，当我们消化代谢芦笋时也会释放 CH4S，从而产生了传说中的 " 芦笋小便 " 现象。在臭鼬喷雾剂和数小时之久的人类汗液中也可以发现他们。甲硫醇分子看起来与乙醇相似，只是多了一个亚甲基，而且氧被硫取代——如此一来，这个分子非但不会让你变醉，它反倒会很难闻。它难闻到人的鼻子可以检测出十亿其他分子中的一个甲硫醇分子。它们发出非常清晰的嗅觉信息：离远点。

而这正是这种令人生厌的分子恶名的来源——它令人不适的味道使得我们与腐坏的食物和分解的残渣离得远远的。不过它也会拯救生命。我们把它加到天然气中，后者本身无色无味但是呼吸起来致命，并且高度易燃。注入的甲硫醇使得这种很难被探测的化学物质有了味道——或者说是无法忽略的恶臭味，从而提示人们及时检漏或者及时逃生。

硫酸——臭名昭著的恶棍和美丽的英雄

当暴徒向哥谭市地方检察官哈维 · 登特投掷硫酸时，它破坏了他一半的脸，并剥夺了他的判断是非的能力，从而使他变成了蝙蝠侠的恶棍画廊中一个众所周知的反派——双面人。

硫酸，别称矾油，分子式 H2SO4（一种无色，无味的油状液体），腐蚀金属和石材的同时能够产生有爆炸性的氢气。除了酸度外，它对水有着 " 近乎疯狂的食欲 "，可以从木材，纸张，棉花和人的肉中吸水，并快速致其脱水甚至碳化。它会使接触位置的肉肿胀并烧坏，通常会留下无法消失的疤痕。

然而，我们每天都需要这种臭名昭著的破坏者。硫酸被用于制造肥料和炸药。它也是汽车电池中用到的酸。它可以去除金属表面的杂质。它对人造丝和其他半合成纤维的生产至关重要。清洁剂、废水处理、炼油和化学工业制造正是利用了前文所说硫酸的那种 " 有害 " 的特性。美国每年生产超过 4000 万吨的硫酸，这比任何其他生产的化学品都要多。

化学教授和诺贝尔奖获得者罗尔德 · 霍夫曼说：" 虽然你不能在超市买到，但它的确是其他化学分子的转换器。" 在一个化学家来看，这种分子非常有用，他甚至认为它很美。他说：" 我爱硫酸。"

原文链接：http://nautil.us/issue/5/fame/seven-molecules-claim-to-fame

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