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标题: 一把钥匙配把锁 [打印本页]

作者: xzhao2 时间: 2009-10-8 11:07 标题: 一把钥匙配把锁

一把钥匙配一把锁，此乃人所共知的常识。钥匙插入锁眼，丝扣吻合，转动钥匙拨转锁钥那把锁就打开了。在这儿钥匙和锁眼的配位空间至关重要。沪上笑星海派清口代表周立波笑侃三十年时提及那段疯狂时代中一个可笑的说法：一把钥匙打开了千把锁呀——（下一句是小苗儿挂满了露水珠呀）。周立波既指出了这事实上的不可能又指出了那实际上却让人联想到干的究竟是啥行当呢！——于是美琪大戏院剧场里引发一阵哄堂大笑。

这个引子说的是钥匙和锁眼的相互配位空间——包括大小形状各种凹凸面等空间因素在内。其实，在我们的周围像这样一把钥匙配把锁的现象比比皆是。由此便来展开一系列可能大家不一定熟悉的配位空间话题。很可能各位都不是化学生物药学等专业的人士。并不要紧哦，就从大家都很熟悉的东西说开来。

先说络合物的一个种类螯合物吧。螯合物是络合物即配合物的一种，由中心离子(或原子)和多齿配位体络合（配合）形成具有环状结构的配合物。在螯合物的结构中，一定有一个或多个多齿配体提供多对电子与中心体形成配位键。“螯”指螃蟹的大钳，用这个很形象的名称来比喻多齿配体像螃蟹一样用两只大钳紧紧夹住中心体。

首先就有一个大家一定非常熟悉的物质——血红素，那便是螯合物的一种。从幼小开始便知道，小孩子摔破头弄破手就会流血，更不用说在电视连续剧战争片里烽火连天的战场上。大家看到血液的红色，就是因为其中的红血球。而红血球的红色则来自血红素。

人体内的血红素由四个亚基构成，血红素的每个亚基由一条肽链和一个血红素分子构成，肽链在生理条件下会盘绕折叠成球形，把血红素分子抱在里面，这条肽链盘绕成的球形结构又被称为珠蛋白。血红素分子具有卟啉结构——在卟啉分子中心，由卟啉中四个吡咯环上的氮原子与一个亚铁离子配位结合。珠蛋白肽链中第8位的一个组氨酸残基中的吲哚侧链上的氮原子从卟啉分子平面的上方与亚铁离子配位结合。听起来很复杂吧，但是其关键点就是作为中心体的亚铁离子和配体所形成的配位空间相吻合。如果缺了铁质，就会造成缺铁性贫血——这是常识。

再一个大家同样十分熟悉的物质——叶绿素。一睁开眼睛就能看到绿色植物——室外的草坪餐桌上的蔬菜等等。绿色代表生机代表环保，除去在国内炒股的股民不喜欢绿色之外，恐怕没有人看到绿色会不高兴。绿色之所以是绿色，缘由在于植物的绿叶中包含有叶绿素。而这叶绿素则是大家一定耳熟能详的一个名词。这个叶绿素也是螯合物的一个代表。

叶绿素分子外围是一个含氮结构，称为卟啉环。叶绿素属于二氢卟酚色素，结构上和属于卟啉色素的血红素非常类似。在二氢卟酚环的中央有一个镁离子。这被包含着的一个中央镁离子也就是中心体，其大小形状和配体所围成的配位空间相吻合。

在做水质硬度测定时常用的试剂乙二胺四乙酸（即EDTA），其化學結構表示如下：(HOOCCH2)2NCH2CH2N(CH2COOH)2 。EDTA能提供两个氮原子和四个羧基氧原子与金属离子配合，可以用一个分子把需要六配位的钙离子紧紧包裹起来，生成极为稳定的产物。它和上述一些生命必须的物质血红素叶绿素一样都是螯合物。

很多生命的延续，有赖于DNA作为遗传信息载体。DNA结构中的碱基对是这样形成的——碱基位于螺旋的内则，它们以垂直于螺旋轴的取向通过糖苷键与主链糖基相连。同一平面的碱基在二条主链间形成碱基对。配对碱基总是A与T和G与C。碱基对以氢键维系，A与T 间形成两个氢键。从立体化学的角度看，只有嘌呤与嘧啶间配对才能满足螺旋对于碱基对空间的要求；而这两种碱基对的几何大小又十分相近具备了形成氢键的适宜键长和键角条件。每对碱基处于自身的各自平面之上，但是螺旋周期内的各碱基对平面的取向均不同。碱基对具有二次旋转对称性的特征，即碱基旋转180度并不影响双螺旋的对称性。也就是说双螺旋结构在满足二条链碱基互补的前提下，DNA的一级结构产生并不受限制。很可能这段话也是比较专业化的。把它往浅显里说说，说白了也就是碱基配对满足了双螺旋结构空间尺寸的要求。

早已被淘汰了的一种药物合霉素也是对空间有严格要求的一个范例。合霉素即是消旋氯霉素，并无旋光作用。合霉素由1-硝基苯-2-氨基-1,3-丙二醇化学合成制得，产品并不进行左旋右旋产物的分离。这里不详细介绍旋光异构现象，只简单地说明它是指一种对映异构体，好比照镜子真身和影像的镜面对称。医学界后来发现合霉素的抗菌谱及医药用途均与左旋分子结构的氯霉素相同。合霉素因为是消旋混合物也就是左旋右旋等量混合物，其抗菌作用为氯霉素的一半，用量需要大一倍。合霉素副作用及毒性同氯霉素，但精神症状如幻听、失眠、狂躁等较多见。那另一半右旋分子结构的产物毫无治疗作用，其原因就是和起药效的左旋分子结构的氯霉素立体结构不同。虽然分子式绝对一样，但是和药物进攻对象空间完全不吻合。打个粗略的比方就好比左手套里右手伸不进去一个样。

形状颇像皇冠的冠醚也是自然界里原本不存在的一种化合物。它们是含有多个氧原子的大环化合物，又称大环醚。冠醚命名时把环上所含原子的总数标注在“冠”字之前，把其中所含氧原子数标注在名称之后，如15-冠（醚）-5、18-冠（醚）-6和二环已烷并-18-冠（醚）-6等等。冠醚能与正离子，尤其是与金属离子络合，并且随环的大小不同而与不同的金属离子络合。例如，12-冠-4与锂离子络合而不能与钾离子络合；18-冠-6则与钾离子络合，但不会与锂离子或钠离子络合。这就是络合时配位空间所起的选择性作用。

冠醚的这种性质在合成上极为有用，使许多在传统条件下难以反应甚至不发生的反应能顺利地进行。冠醚与试剂中正离子络合，使该正离子可溶在有机溶剂中，而与它相对应的负离子也随同进入有机溶剂内，冠醚不与负离子络合，使游离或裸露的负离子反应活性很高，能迅速反应。在此过程中，冠醚把试剂带入有机溶剂中，称为相转移剂或相转移催化剂，这样发生的反应称为相转移催化反应。

好莱坞奥斯卡获奖电影《闻香识女人》说的是鼻子对香料的敏感性。据专家分析，嗅觉细胞对产生嗅觉的不同物质有其空间敏感性。这儿也是简略地来加以说明。比如麝香，是一种名贵的香料。有机化学研究了其分子结构和空间形态。而后香料专家研制出类似空间形态构造的人造麝香，居然其对人类嗅觉的基本感受颇为一致。这就好比精工打造的A货能以假蒙真一般模样。看来这也可以认为嗅觉细胞上某些敏感部位和这人造麝香分子的空间结构形态也相一致所导致的结果。

出身军旅的著名女作家毕淑敏的反毒长篇小说《红处方》里提到了关于“幸福”的新诠释。——幸福感很简单，那是一种稀有物质的存在形式。幸福的感觉，是一种产生于大脑中的特殊物质。研究证明，当人类内心充满喜悦兴趣这些良性感觉时，大脑桥脑部的蓝斑内，就积聚起一种奇特的物质，我们称它为“F肽”。请牢牢记住，蓝斑是人类的幸福中枢。F肽是脑黄金，它能强烈地镇定痛觉，屏蔽掉恶劣信号，提高记忆力，增强学习功能。像一面双面镜，让好事放大，让痛苦缩小消失。F肽是幸福的物质基础，情绪里的快乐码，储藏着幸福。谁拥有了它，谁就在这一时刻拥有了幸福。F肽自产自销，保鲜易碎，除了在每个人的大脑蓝斑部位现炒现卖，哪里也找不到了它。

所以，人们对于幸福感，才那样珍视。F肽电光石火一闪，转身就走，再也不露真颜。世上唯有短暂难得的东西，才是宝贵的，才值得人久久地回味。按照小说里的说法，原来体验幸福的时候，实际在品尝F肽。目前，F肽已经能够从动物体内提取，当然数量极少极为珍贵。科学家分析F肽的分子结构式，更细微的亚分子水平的研究，结果发现在F肽的中心碳原子上，有着一个芳香环，一个哌啶环，还连着一个苯环……。其空间结构形状正好符合与蓝斑相契合的要求。

而毒品吗啡正是具备了中心碳原子、芳香环、哌啶环、苯环……，可以说吗啡和F肽它俩就像一对双生姐妹，一个邪恶，一个善良。从罂粟花中提取的吗啡是F肽的天然模仿者，它抢占了大脑中蓝斑这个宝座，让人如痴似醉死命追求着这虚假的幸福感。这一例子也便道破了空间结构在科学领域和人类生活中的重要性

说到此地为止，都是强调配位空间的重要性，好比钥匙和锁眼的关系。而人类聪明的大脑还进一步发现了调节配位空间的重要性。下面就是一个很好的例子。

手性双噁唑啉是在不对称催化中广泛应用的一类重要的配体。化学家合成了一系列具有刚性骨架和不同配位空间的手性双噁唑啉配体，并研究了在不对称氮杂环丙烷化反应中对对映选择性的影响。结果表明通过调节配位空间的大小不仅可以改变对映选择性，甚至还可以彻底改变对映面选择性。研究结果还表明除通过改变配体手性中心的构型，调节配体配位空间也可以改变催化剂的对映面选择性。其道理简单地阐明一下，也就是锁眼变了花样那钥匙也得跟随着变更大小尺寸空间形状。

作者: xzhao2 时间: 2009-10-8 11:12
为力啊，这就是说到合霉素对映异构的网文。

帮我看看，从你的领域来说哪儿有错。

作者: 胡拉 时间: 2009-10-8 16:51
这写得好玩。

作者: weili 时间: 2009-10-12 22:12
主持，化学结构可不如生物现象容易科普，我感觉你还得浅出。

好开端，还可以继续努力，下面谈谈酶和蛋白质。

作者: xzhao2 时间: 2009-10-13 07:47
谢谢鼓励。

我对生化是外行啊。

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