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第9章 有机化学小常识(2)

饭后,莱特豪斯拣些龙虾的爪和外壳,小心翼翼地用油纸包好,带回自己的实验室,准备按照化学的常规方法研究它一番。他先将虾壳溶解在浓盐酸中,滤去不溶解的残渣,再把滤液小心蒸发掉,此时便得到一种发亮的晶体,接着他便对它作进一步分析,认定它是一种糖类化合物,除含碳、氢、氧等元素外,还含有氮元素,而以氨基的形式存在分子结构中。于是,莱特豪斯把这种糖取名为氨糖,但是,它几乎没有任何甜味,是不能作甜味品的。

这种新的糖类化合物被发现后,立即引起化学家的兴趣,纷纷测定它的结构,直到1903年德国著名化学家费雪,才通过严格实验确定其结构式,它的分子结构基本上与葡萄糖一样,只是第二个碳原子上不是羟基而是氨基。

费雪还指出,由于氨糖中含有氨基,显碱性,易溶解于酸盐中,所以,才被莱特豪斯轻而易举地捉到了。

费雪测定结构后,化学家哈沃斯又用人工方法合成了氨糖,1914年美国洛克菲勒医学研究所莱文教授又从动物血管和软骨中分离出第二种氨糖——半乳氨糖。1945年它也被化学家用人工方法合成了。据统计迄今已发现60多种不同结构的氨糖。目前生产氨糖方法,由于人工合成的方法成本太高,普通用遗传工程的方法来大规模生产。

科学家从霉菌分泌物常含有氨糖的事实得到启发,如链霉菌分泌的链霉素中就含有氨糖,因此,科学家就把链霉菌中能产生氨糖的基因分离出来,用遗传工程的办法,移到大肠杆菌的DNA中,这样,使大肠杆菌按照人们提供的基因,源源不断地生产出各种氨糖。据统计目前医药上所用数十种氨糖,几乎都用这种办法生产。

那么,科学家千方百计生产氨糖有什么用呢?

虽然,氨糖不像一般糖类化合物那样,作为人类能量的源泉,但是,它们都是抗病杀菌的能手。1946年科学家首先发现链霉素中含有氨糖,后来,在新霉素、卡那霉素、巴尤霉素等抗菌素中都发现含有氨糖,有人做过这样的实验:把上述抗菌素中的氨、糖基去掉,那么,抗菌素就失去杀菌能力,因此,人们断定氨糖是杀菌的能手。

这又是为什么呢?

应该说,这还是一个谜。目前有一种解释是,任何生物体(包括细菌和病毒),在新陈代谢和传宗接代方面,都必需一种物质——糖蛋白,它是糖和蛋白质的复合体。由于氨糖结构与糖相似。细菌和病毒误把它当作糖类,用来为自己制造糖蛋白,结果,适得其反不能在新陈代谢中发挥正常作用,从而导致细菌和病毒的死亡。

这种解释是否可靠,尚待有关实验来证明。

为什么甲壳素被人称作材料的明星

甲壳素广泛地存在于虾、蟹等动物的外壳中,如果把它提取出来,可发现它是一种白色、无定形,半透明的有机化合物。甲壳素在自然界蕴藏量极大,据统计每年自然界制造甲壳素达100亿吨,这个数量仅仅次于纤维素,雄居第二。

最早应用甲壳素的要算印第安人了,他们早就用海龟壳提取甲壳素用作治疗刀伤、箭伤等。

19世纪后,甲壳素应用逐渐广泛,常用来作脱水剂,防火剂等。

随现代科学技术的发展,甲壳素已作为材料行业中一颗新星登上历史舞台了。

首先,甲壳素已用来制作人造皮肤,它有通透性好,伤口愈合快等优点,当今美国出品的甲壳素橡皮膏,因其止血效果好已风行全球。

其次,无形眼镜是当今时髦产品,如果机械制作,手续麻烦,成本也高,如今用甲壳素制作镜片,不需机械加工,只要象对塑料那样压模成形就可以了。

第三,甲壳素还用作植物防虫剂。美国农业局已用甲壳素处理植物种子,让甲壳素裹着植物种子下地,可防止病毒、病菌的侵害,而且甲壳素中还含有一定量氨糖,可杀死病菌。

据英美两国农业部门试验,如将小麦、蚕豆、大麦、扁豆等种子,在甲壳素中浸泡一下,再下种,便可增产10%~30%。

最后,甲壳素还用作净水剂,它可以把水中细菌和有毒物质团团包围住,杀死细菌或使有害物质沉积下来。

那么,甲壳素在工业、农业和日常生活中还有哪些用途呢?人类怎样充分地把自然界赐予人类的每年100亿吨财富利用起来呢?

科学家们正在探索中。

海卜赛在人体中有何作用

在自然界里,氨基酸为数不过20多种,而这20多种氨基酸竟组成世界上数十万种的蛋白质。

是否还有新的氨基酸未参加蛋白质组成的行列呢?

首先,日本的一些生物化学家在牛的大腿组织中分离到一种新的氨基酸,它的译名叫海卜赛(Hypusine),此后,英、美的化学家也相继地在许多动物器官的蛋白质中发现它。最近,美国生物化学家伯克经过一番努力,竟在人的淋巴球蛋白质中也分离到海卜赛,由此说明,海卜赛也是从人体中所发现的新氨基酸。

海卜赛的“体态”比其它氨基酸稍大,它的分子中含有9个碳原子,有2个游离的氨基,1个羟基和1个羧基,经分析检定它的物理和化学性质跟其他氨基酸都相似。据伯克初步研究,这种新氨基酸是作为动物生物合成的前体,而参加动物新陈代谢,最后在动物器官中“安家落户”,成为动物器官蛋白质的组成成分。

但是,伯克的研究工作还是极初步的,还有许多问题有待进一步研究,例如:海卜赛在人体中有何作用?它是否是必需氨基酸?它的遗传密码又是什么呢?动物如何来获取它和利用它呢?

氨基酸添加剂有何妙用

蛋白质是构成一切生命的基础物质,也是组成一切生物体细胞的基本材料,而氨基酸则是构成蛋白质的基本单位。有趣的是,这20种氨基酸中有10种是动物体本身不能制造,必须靠外界食物补给的,这10种氨基酸是:赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、组氨酸、精氨酸(人类只有8种氨基酸不能自身合成,那是赖氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和甲硫氨酸)。这些动物体不能合成的氨基酸称做“必需氨基酸”。它们在动物体内保持一定比例,才能保证动物体的健康。

氨基酸添加剂就是按照动物体不同生长期的需要在饲料中添加适量的氨基酸,以保证动物健康和正常发育。赖氨酸是用之有效的氨基酸添加剂。

日本生物化学家阿里诗在喂鸡饲料中添加02%赖氨酸盐,7个星期后雄鸡的平均重量比不使用添加剂的增加39%,饲料效果提高12%,雌鸡平均增重提高13%,饲料效率提高16%。

英国科学家艾伦斯把0.2%的赖氨酸添加在猪饲料中,30天后仔猪增重70%。

科学实验还证明,使用赖氨酸添加剂,还有增强动物抗感染能力和增强动物食欲等作用。实验证明,使用赖氨酸添加剂对仔猪断奶后腹泻症和改变肉鸡互啄症等都有明显效果,而且对猪,鸡的食欲有明显增加。此外,家禽吃了添加剂后可以提高产蛋率,可以使肉味鲜美。日本科学家腾田在蛋鸡饲料中添加02%的赖氨酸,可使蛋鸡提早20天产卵,延长产蛋期30天。

目前,人类也已逐渐在食品中用添加剂了,市场上出售的赖氨酸面包,就是一个例子,据报道,在儿童食品中适当增加某些氨基酸添加剂,有利于儿童的发育和健康。

使用氨基酸添加剂,还有许多问题值得研究。首先是为什么动物自身不能合成10种氨基酸?既然,这10种氨基酸动物都不能合成,为什么在食物中添加赖氨酸比添加其他必需氨基酸有效得多呢?据试验表明,氨基酸添加剂对动物生长的效果是,赖氨酸>蛋氨酸>色氨酸,这又是为什么呢?

在解决上述一系列问题后,氨基酸添加剂将进一步地得到应用。

氨基酸农药有哪些作用

氨基酸是组成蛋白质的基石,是无毒的。随着科学技术的进展,化学家们让氨基酸登上无污染农药的历史舞台,在农业战线上大显身手。

氨基酸农药功能较全,大量研究工作证明它有如下重要作用。

首先,氨基酸农药能起植物“抗菌素”的作用。实验证明,直接使用各种氨基酸能有效地治愈植物的各种疾病。例如,1974年印度科学家辛格用低浓度蛋氨酸喷洒在水稻上,防制了水稻腐根菌的侵害。同时,辛格还证明蛋氨酸能杀灭黄瓜茎上的许多寄生细菌。日本科学家用5浓度的DL苏氨酸30毫升,就能使柠檬树有效地抵抗黑斑病。最近,许多科学家还发现把色氨酸、半胱氨酸、丙氨酸等洒到作物上,都具有抵抗和消灭植物病菌的功能。

其次,氨基酸农药能起植物“补药”的作用。实验证明,喷洒氦基酸,农作物像人吃了补药那样,茁壮成长,结出硕果。日本科学家用万分之四浓度的脯氨酸溶液喷洒到玉米上,结果玉米产量提高20%,用它喷洒到水稻、黄瓜上,水稻和黄瓜产量可提高5%。日本农业科技人员还将甘氨酸拌入肥料中,可增加农作物对氮磷和钾的吸收。美国科学家还证明,甘氨酸对甘蔗的生长起特殊作用,如果每公顷甘蔗田用85%的甘氨酸溶液5斤喷洒,甘蔗糖份可增加12.9%,此外,他们还用谷氨酸钠溶液浸泡大豆种子,大豆生长旺盛,产量大增。

第三,氨基酸农药还有除草的作用。根据最近统计,氨基酸衍生物除草剂的专利已有100多种,已成为一大类无污染的除草剂。1973年德国化学家合成了N-磷酸甲酯甘氨酸,在玉米和大豆田里试验表明,每亩只需用15公斤就可消灭一切杂草。最近,日本科学家合成一种广谱性除草剂——硫代氨基酸,它不仅可消灭一切杂草,而且对人畜均无害。

最后,氨基酸农药还可灭虫。我国古代中医就用鹧鸪菜、南瓜子和使君子等药物作驱虫剂,据现代化学家研究,其中有效成分就是氨基酸。1979年美国科学家做了一个试验,他用10%浓度的半胱氨酸和饱和蔗糖溶液拌和给黄瓜蝇吃,结果20天内,黄瓜蝇100%地被杀死。此后,有个科研人员给体虱喷洒4%的月桂酰肌氨酸,两分钟后体虱就被杀死。

那么,对生物无毒的氨基酸,为什么会有灭菌、杀虫、除草等作用呢?

这是一个至今还未揭开的谜。

氨基酸是怎样进入抗癌序列的

氨基酸是组成蛋白质的基础物质,自然界数以十万计的彩色蛋白质,都是由为数20来种的氨基酸构成的,它们不仅无毒,而且都是细胞所必需的材料。

那么,氨基酸是怎样参加到抗癌队伍里来的呢?

原来,化学家和医学家共同研究,想出一条又一条的妙计,才使氨基酸进入抗癌的序列。

第一个办法可以叫“鱼目混珠法”,首先用这个方法的是阿妈桑医师。1968年他在研究老鼠的癌症时,无意地发现癌组织贪婪地需要天门冬酰胺,于是,他给老鼠癌组织部位注射天门冬酰胺酶,使癌细胞需要的天门冬酰胺分解掉,这样,癌组织竟缺乏营养,发展得极慢,老鼠竟得救了,出人意料地延长了寿命。

后来,经生物化学家进一步研究,发现癌组织对各种氨基酸的需求各不相同。他们用实验证明某些癌组织特别需要苯丙氨酸和酪氨酸,于是,化学家麦开林于1977年合成毒性较大的氟苯丙氨酸和3硝基酪氨酸,因为,这两种药物,结构极像癌组织很需要的苯丙氨酸和酪氨酸,所以,没有长眼睛的癌细胞便误认为是自己特别需要的氨基酸,“大口”地吞食,结果被毒杀了。麦开林曾分别给患肝癌的老鼠作这种试验,获得了积极的效果。

第二个办法是叫“隐蔽锋刃,中心开花法”。因为癌组织生长在人体某处,它的周围都是大量正常的细胞组织,因此,用药时,往往在药物未达到癌细胞前,先将正常组织的细胞毒杀,使药力不能抵达癌组织。这样,有些毒性较大的抗癌剂,往往望癌兴叹,不能很好地发挥作用。

由于氨基酸本身无毒,还可以跟毒性大的药物结合,这样,人们利用它通过人体正常组织,到达癌细胞部位后,再中心开花,发挥药物的威力。这好比一把锋利的宝刀先用鞘套起来,到了杀敌时,才拔出来杀死敌人那样。例如,芥子气是一种毒性很大的药物,一般情况下,不能用作抗癌剂,然而用氨基酸跟它结合,就会暂时降低毒性,直至深入癌组织后才发挥作用。生物化学家骆比,首先把芥子气跟色氨酸结合在一起,用于治疗骨髓癌、卵巢癌、睾丸癌都取得一定疗效。又如,重氮化合物跟甘氨酸结合在一起,对治疗胃癌、肝癌也颇有效果。

最后一个可称为“改恶从善法”,就是说,叫祸害人类生命的癌组织,变成正常的组织。

1979年生物化学家塞尔文,找到了一种氨基酸衍生物——硫杂脯氨酸,它能叫癌细胞改恶从善,重新变作正常的细胞,特别是这种氨基酸衍生物不仅能使癌细胞质膜等恢复正常,而且还可叫癌细胞整个形态也恢复正常。这个发现,有十分重大的意义,它给过去发现的数以百计癌症患者带来经治疗而自动痊愈提供了实验根据,就是说如果条件适宜,癌细胞和正常细胞是可以相互转化的。DNA的反转录在癌细胞的正常细胞间也是可用的。

至于氨基酸衍生物为什么能使癌细胞改恶从善,还是一个谜,据估计,癌细胞的形成使人体正常细胞遗传密码发生改变,致使合成蛋白质的模板出现严重的错误,而氨基酸衍生物可以嵌镶到遗传物质中去,使已发生的遗传密码错误又改正过来,从而使癌细胞改恶从善。

到底如何?还有待实验证明。

角蛋白为什么异常坚硬

提起蛋白质,人们常会联想起鸡蛋,牛奶,豆腐等,它们好像都是“弱不禁风”,“软绵绵”的样子。其实,自然界蛋白质并非都如此,大家看到的像锐利无比的虎爪、坚硬异常的牛角、披盔戴甲的龟壳,也都是蛋白质。人们把这一类十分坚硬,不溶于一般溶剂的蛋白质,称之为角蛋白。

在自然界中角蛋白有两大类,它们都是生物外胚层细胞或外胚层细胞所衍生出来的组织,好像一对兄弟那样。

虽然,这两种角蛋白来源基本相同,但是由于它们分子中所含氨基酸不同,而且氨基酸的立体排列不同,于是各自形成不同的特性。

在一角蛋白中,胱氨酸含量特别多,它的分子中有许多硫原子交联着,好像一座座用硫原子做的交联桥,如果某一角蛋白的这种交联桥愈多,其硬度就愈大,脆性也大增。

实验证明,在一角蛋白中含胱氨酸达22甲就异常坚硬,脆性也加大,如犀牛的角,人类指甲等;胱氨酸含量降到10%~14%,就会光滑有韧性,如人类头发,野兽的毛;胱氨酸降到5甲以下,就会形成软性A一角蛋白,如昆虫的卵壳。

在角蛋白中,几乎不含有硫原子的胱氨酸,因此,通常由其他氨基酸靠氢键方式,排列成折叠式结构,这样的分子层层相叠,也十分稳定,而且韧性特别好,例如蚕丝就是角蛋白中的一种,每根蚕丝以B-臼角蛋白为轴,周围以3~4层丝胶包围着,再集结成束状,所以也十分牢固,此外,常见的蛇鳞和鸟爪等也是由卜角蛋白结成的。

不同生物为什么会制造出形形色色不同的角蛋白?这个涉及生命的化学之谜,有待科学家去探索。

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