F从饮用水到DNA,从咖啡因到二氧化碳,从立普妥到伟哥,从阿托伐他汀到枸橼酸西地那非,这些分子定义我们的个性,调节我们的能力,支配我们的感觉。他们中的许多人是肉眼看不见的生物名人:他们闻到或散发臭味,让我们感到沮丧或兴奋,污染我们的地球或拯救我们的生命。即使是最具破坏性的分子对我们的文明也是如此重要,没有它们现代工业就不可能存在。在这里,我们描述了七个最突出的微粒形象,没有它们,我们的生活将完全不同。事实上,科学家说,如果没有它们,就根本没有人类的生命。
贝塔紫罗兰,性感的香水巨星
但它碰巧也能取悦人类,这就解释了它在人造气味世界中的地位。香奈儿19号、芙蓉1号、Après l 'Ondée、l 'Heure Bleue等许多品牌都使用-紫罗兰酮。
β-紫罗兰酮是高度挥发性的,这意味着它很容易蒸发,否则它永远不会从花朵上飘散。它还具有极低的气味检测阈值。虽然它的分子式总是一样的,C13H20.莫瑞尔说,每个人的嗅觉体验都有很大的不同。“β -紫罗兰酮闻起来像粉状的,但有一种绿色的气味,尽管有些人可能会觉得它更像树莓那样的果味。”
乙醇庆祝醉人的
从朋克摇滚表演到歌剧,从婚礼到世界领导人会议,乙醇,通常被称为酒精,C2H6倒入每一个庆祝的香槟酒杯、冰镇的马提尼酒杯和冒着泡沫的啤酒杯。
乙醇分子很快被血液吸收,然后进入肝脏、肾脏和大脑,在那里它们会干扰与记忆、语言和决策有关的神经递质受体蛋白质。这些受体含有通常充满水的空腔,但乙醇会进入空腔,取代水。
德克萨斯大学奥斯汀分校瓦格纳酒精和成瘾研究中心主任R. Adron Harris说:“在大多数蛋白质中,这种置换不会有任何区别——乙醇与水足够接近,蛋白质并不在乎。”“但在大脑中的某些蛋白质中,乙醇改变了它们的功能。”
乙醇会刺激具有脑抑制作用的γ -氨基丁酸(GABA)受体,并抑制具有脑刺激作用的谷氨酸受体。乙醇还能刺激产生快乐的大脑化学物质,包括多巴胺和内啡肽。结果是浆液,模糊的欢呼我们知道的醉意。
因为一克酒精会使排尿量增加10毫升,所以饮酒者会脱水。当身体代谢乙醇时,水重新进入蛋白质腔,然后大脑发现自己处于超速状态。结果是头痛、睡眠中断、疲劳和宿醉后恶心。这就是为什么许多参加派对的人发现第二天早上喝一杯可以缓解症状,也就是为什么慢性酗酒者如此迫切地需要重新融合。
催产素——因爱情和其他善行而闻名
酒精与催产素的醉人力量相比微不足道,后者在通俗文学中被称为爱情荷尔蒙。“没有催产素就不会有人类,”行为内分泌学家Sue Carter说,她已经研究这种分子33年了。
研究将催产素与性高潮快感、对我们爱的人的保护性感觉、压力缓解、饱腹感、慷慨,甚至某些特定的记忆回忆联系在一起。分娩时催产素会引起子宫收缩。虽然许多哺乳动物在分娩时没有它,但人类的婴儿,有着巨大的头部,需要它的帮助,通过母亲的子宫颈。它还能促使哺乳母亲泌乳。“这是一种古老的分子,”卡特说。“它起源于很久以前,并被我们节俭的生物反复利用,用于多种目的。”
行为内分泌学专家休·卡特说:“没有催产素就没有人类。”。
催产素由9种氨基酸组成,这些氨基酸含有标准的有机化学成分——碳、氢、氮和氧——但是,作为一个“爱情分子”,它还含有两个邪恶的硫原子(C43H66N12O12年代2).
“二硫键是生物系统中最不稳定的键,这意味着它们很容易断裂,”研究催产素分子特性的Martin- protean公司的创始人Lance Martin说。马丁说,催产素以休眠的形式在我们的系统中运行——它的二硫化物与一些非反应蛋白结合——直到生物分子环境发生变化,一些新的蛋白质、激素或其他元素进入这个场景。二硫键很容易断裂,催产素开始发挥作用——缓解压力、诱导快乐、激发信任感等等。
Draculin-the潜在的救星
Sanguinivorous蝙蝠使用德古霉素,一种由400多种氨基酸组成的强抗凝血剂,来保持猎物在进食过程中的血液流动。这就是为什么最近的临床研究表明这种分子可以帮助治疗中风患者;它能溶解血凝块。
在每年降临美国的近80万中风患者中,约有13.7万人死亡。大约87%的中风是缺血性的,这意味着血凝块切断了大脑的氧气供应。目前的治疗标准是一种叫做组织纤溶酶原激活剂(tPA)的蛋白质,它可以溶解这些凝块,但可能导致脑损伤。在大多数情况下,tPA必须在中风后3小时内使用——任何时间都要晚,而且风险大于潜在的好处。德古林可以将时间延长至9个小时。与tPA不同的是,draculin并没有对大脑产生负面影响。取而代之的是一种叫做因子X的酶,它抑制了它在血液凝结中的作用。
属于著名的污染物种材质
聚乙烯需要数年时间才能分解——即使放在阳光下,在我们的有生之年也无法生物降解。它是一种聚合物,由一串亚甲基单元和两个末端氢原子组成,平衡化学反应。但是每个亚甲基单位1只有一个碳原子和两个氢原子;所以从分子层面上讲,一个塑料袋就像它悬挂在树枝上一样有机。
在未来的几十年里,聚乙烯袋很可能会长在树上,而不是挂在树枝上。
“聚乙烯在几个层面上都存在可降解性问题,因为它太简单了,”Regina Valluzzi说,他已经研究聚合物20年了。“为了进行化学反应,你需要反应分子上的某个点——酸或碱,吸电子基团,双键,一个用于酶攻击的化学相互作用的‘形状’区域。聚乙烯不能提供良好的反应位点。”
聚乙烯的稳定性只是它如此受欢迎的原因之一。在最密集的情况下,它比凯夫拉尔纤维更坚固。它的高氢含量使其成为抵抗某些形式辐射的强大屏障。
虽然聚乙烯通常是从石油或天然气中提炼出来的,但它也可以用有机材料生产。当消费者在权衡纸和塑料的优劣时,科学家们正在考虑石油和生物质的优劣,所以在未来几十年,聚乙烯袋很可能会长在树上,而不是挂在树枝上。
Methanethiol-the著名臭鬼
放屁。腐烂的卷心菜。口臭。腐烂的肉。当你闻到或排出甲烷硫醇时,你就会知道它。四个氢原子和一个碳原子由一个硫原子连接在一起,形成了一个臭弹分子CH4当我们代谢芦笋时,也会释放芦笋,创造出传说中的“芦笋尿”现象。它们也可以在臭鼬喷雾和几小时前的人类汗液中找到。甲硫醇分子和乙醇分子很像,除了多了一个亚甲基和
氧气被硫取代了,这就是为什么它闻起来很难闻,而不是让你喝醉的原因。如此可怕,以至于人类的鼻子可以在十亿个分子中检测到一个甲硫醇分子。它们发出了一个非常明确的气味信息:保持距离。
这就是臭鼬出名的原因——它令人讨厌的气味让我们远离变质的食物和腐烂的粪便。它还能拯救生命。它被添加到无色、无味、呼吸致命、易燃的天然气中。注入甲硫醇会让这种难以察觉的化学物质散发出一种气味——或者说是一种难以忽视的恶臭,是修复泄漏或逃到安全地带的有力信号。
硫酸臭名昭著的恶棍和美丽的英雄
当一名歹徒向高谭市地区检察官哈维·登特泼硫酸时,他的半张脸被硫酸砸烂,是非意识也随之消失,他变成了双面人,蝙蝠侠的恶棍群中有名的敌人。
绰号硫酸油,H2所以4一种无色、无味、油质液体,能吞噬金属和石头,排出可能爆炸的氢气。除了它的酸性,它对水的胃口也非常大,会从木材、纸张、
棉花和人肉的速度如此之快以至于这些物质由于脱水而焦化。它会在接触时肿胀和灼伤皮肤,经常留下永远不会消失的疤痕。
“我喜欢硫酸,”化学教授、诺贝尔奖获得者罗尔德·霍夫曼说。
然而,我们每天都需要这个声名狼藉的破坏者。硫酸被用来制造肥料和炸药。是汽车电池里的酸。它能去除金属表面的杂质。它是生产人造丝和其他半合成纤维的关键。清洁剂、废水处理、石油精炼和工业化学制造都依赖于硫酸同样的有害特性。美国每年生产4000多万吨硫酸,比任何其他制造的化学品都多。
化学教授、诺贝尔奖获得者罗尔德·霍夫曼(Roald Hoffmann)说:“它是其他分子的终极转换器,即使你在超市买不到它。”。在化学家眼中,这种分子非常有用,他称之为美丽的。“我喜欢硫酸,”他说。
一书的作者帕切·巴斯是多伦多的一名记者,专门研究科学和人文学科的新思想。他是本书的作者色情引擎:从古腾堡到谷歌,色情如何推动大众传播,并为许多出版物撰稿,包括周六晚上,国家邮政和蒙特利尔公报.