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双手合十,两只手面对面地重合叫做“对映”。你把右手贴在镜子表面,可以从镜子中看到另一只手,影像中的手好像你的左手,这就是对映。观察照片和底片,也是一种对映关系。因为两种片子上的像恰好相反,常常把照片和底片分别叫做正片和负片。
化学分子之间也存在着一种对映关系,并且把存在这种关系的分子叫做“手性分子”。在我们的印象中,只要组成一个分子的化学成分相同,就应该是同一种分子,尼古丁就是尼古丁,不会有什么不同。出人意料的是,尼古丁居然有两种,好像一对双胞胎。这种分子就属于“手性分子”。
为什么会有不同?
原来,尽管组成分子的原子相同,他们的空间结构却会出现不同。拿乳酸分子来说,它含有碳,碳的4个单键连接着4个原子,其中1个原子是氢,氢可能在碳的左边,也可能在碳的右边,就像左右手的拇指各朝向一边;再从氢出发,数到另外3个原子,也会发现有顺时针和逆时针两种方向。这说明,组成乳酸的原子尽管相同,由于原子的空间位置不同,会出现两种异形体。
接下来,就出现了难以理解的问题,上面提到尼古丁有两种,就是指两种异构体,虽然把它们比做双胞胎,性质却各不相同,一种尼古丁有毒,另一种却毒性很小。再比如,味精也有异构体,一种味道是甜的,另一种却是苦的。
这种现象引起了药物学家的注意,有一种药叫反应停,也有两种异构体:其中一种是镇静药;而另一种服用以后不但不起镇静作用,反而有副作用,孕妇服用以后可能产生畸形胎。于是,就必须研究为什么异构体的作用不一样,是不是存在着手与手套的关系?
按照常识,左手只能套在左手套里,手和手套要相互匹配,药物分子必须与体内的接受分子相互识别、相互匹配才起作用。这只是一种推测,但不管是什么原因,研究药物的时候都要特别注意,一种药物有两种异构体的时候,应该选用能成为药的那一种,而不要选择它的对映体。这种只含单一对映体的药物,就叫做“手性药物”。
手性药物的研究,最近10年有很大的发展,从应用角度找到了许多对映体,比如已经知道的氯霉素有两种,尽管组成分子相同,但一种能抗菌,另一种几乎不抗菌。为什么会出现这种现象,还说不太清楚。这个问题先搁在一边,再扩大一下眼光,就会看到一个更大的问题,生物体内普遍存在手性分子。
生物体,从微生物到人类,体内都有蛋白质和核酸。蛋白质也有异构体,按照常规,异构体应该有两种:L型和D型。蛋白质分为20种氨基酸,有19种是L型。再说核酸,即常说的DNA和RNA中的糖,也不是L型和D型共存,而是全部都是D型,手性均一。
手性均一,总是有原因的。原因是什么,现在还没有人说得清,这是个难题。
蛋白质和核酸是生物体内最基本的物质,每一个细胞都含有蛋白质和核酸。核酸内含有遗传密码,根据这些密码,生物体才得以生存和繁殖。于是,就有了这种看法,手性均一是生命必需的,没有手性就没有生命。
科学家都同意这种说法,这种说法承认了手性的重要性。可是,说到手性的起源,分歧就来了。有的说,有了手性才可能形成生命,手性是生命起源的条件。还有的说,手性是生命进化的产物,是在生命进化的过程中形成的。这个问题还涉及生命起源于地球还是起源于宇宙。
还有人说,存在一种神秘的生命选择力,从生命体内的D型和L型分子中挑选了一半,使蛋白质多选择了L型,促使核酸(DNA和RNA)只选择了D型。
当然,神秘生命选择力是不存在的,于是,人们就去寻找物理力,希望找到电场、磁场、重力场对分子的影响。这种研究的理论前提是说,本来存在着D型和L型分子,在物理力的影响下,产生了单一的生物分子。
更有吸引力的说法是,由于不守恒,弱相互作用使手性分子对映体的电子能有差别,使分子产生相变,通过自我催化,最后形成了手性分子。
化学分子之间也存在着一种对映关系,并且把存在这种关系的分子叫做“手性分子”。在我们的印象中,只要组成一个分子的化学成分相同,就应该是同一种分子,尼古丁就是尼古丁,不会有什么不同。出人意料的是,尼古丁居然有两种,好像一对双胞胎。这种分子就属于“手性分子”。
为什么会有不同?
原来,尽管组成分子的原子相同,他们的空间结构却会出现不同。拿乳酸分子来说,它含有碳,碳的4个单键连接着4个原子,其中1个原子是氢,氢可能在碳的左边,也可能在碳的右边,就像左右手的拇指各朝向一边;再从氢出发,数到另外3个原子,也会发现有顺时针和逆时针两种方向。这说明,组成乳酸的原子尽管相同,由于原子的空间位置不同,会出现两种异形体。
接下来,就出现了难以理解的问题,上面提到尼古丁有两种,就是指两种异构体,虽然把它们比做双胞胎,性质却各不相同,一种尼古丁有毒,另一种却毒性很小。再比如,味精也有异构体,一种味道是甜的,另一种却是苦的。
这种现象引起了药物学家的注意,有一种药叫反应停,也有两种异构体:其中一种是镇静药;而另一种服用以后不但不起镇静作用,反而有副作用,孕妇服用以后可能产生畸形胎。于是,就必须研究为什么异构体的作用不一样,是不是存在着手与手套的关系?
按照常识,左手只能套在左手套里,手和手套要相互匹配,药物分子必须与体内的接受分子相互识别、相互匹配才起作用。这只是一种推测,但不管是什么原因,研究药物的时候都要特别注意,一种药物有两种异构体的时候,应该选用能成为药的那一种,而不要选择它的对映体。这种只含单一对映体的药物,就叫做“手性药物”。
手性药物的研究,最近10年有很大的发展,从应用角度找到了许多对映体,比如已经知道的氯霉素有两种,尽管组成分子相同,但一种能抗菌,另一种几乎不抗菌。为什么会出现这种现象,还说不太清楚。这个问题先搁在一边,再扩大一下眼光,就会看到一个更大的问题,生物体内普遍存在手性分子。
生物体,从微生物到人类,体内都有蛋白质和核酸。蛋白质也有异构体,按照常规,异构体应该有两种:L型和D型。蛋白质分为20种氨基酸,有19种是L型。再说核酸,即常说的DNA和RNA中的糖,也不是L型和D型共存,而是全部都是D型,手性均一。
手性均一,总是有原因的。原因是什么,现在还没有人说得清,这是个难题。
蛋白质和核酸是生物体内最基本的物质,每一个细胞都含有蛋白质和核酸。核酸内含有遗传密码,根据这些密码,生物体才得以生存和繁殖。于是,就有了这种看法,手性均一是生命必需的,没有手性就没有生命。
科学家都同意这种说法,这种说法承认了手性的重要性。可是,说到手性的起源,分歧就来了。有的说,有了手性才可能形成生命,手性是生命起源的条件。还有的说,手性是生命进化的产物,是在生命进化的过程中形成的。这个问题还涉及生命起源于地球还是起源于宇宙。
还有人说,存在一种神秘的生命选择力,从生命体内的D型和L型分子中挑选了一半,使蛋白质多选择了L型,促使核酸(DNA和RNA)只选择了D型。
当然,神秘生命选择力是不存在的,于是,人们就去寻找物理力,希望找到电场、磁场、重力场对分子的影响。这种研究的理论前提是说,本来存在着D型和L型分子,在物理力的影响下,产生了单一的生物分子。
更有吸引力的说法是,由于不守恒,弱相互作用使手性分子对映体的电子能有差别,使分子产生相变,通过自我催化,最后形成了手性分子。