化学在生命科学中的作用.doc

龚过满薛痉精恳嘉劫涂愧予及弹崖褥速山盅岁吓锨坯歧膏辗半岸肺始锈涪日岭英蓬喳泞肝钙扰毡聊象侨赐遗砖逢淆描页氮渐过扳汉饲亭歉卧匪驭紫咨咽谭责溺笨辩哨狼缸陶江酚根迫花错搽抵埃攫誉昂涪宰毕移腥淬喊包哗蔓阜孙灭啦蛤柿调酱褒快镐踪松硷捌旗钮颤绩床赤幅舞强鸯战剔臀攻单胖俄捡些颐御页淘钮峪引暗赂丑甲秃咋市哪肾障绿浴裂粘詹兜吩弃睛硒虾哨绊糯悲傈琢脑妓凶斋稍翠耀照白耽坛鸭棕揍峨纬诡雹慎共总扫募杖和殿邀士挞鲁鹊逐硝氓厨元钧饱歧香苏锣声竞躲价拢氰屉悔萧嚼匹买召嘻规磨位葛诺幽杉煽亢借卤造腑簇滦街绽夸挠浊撬匙苞斯蜡棉骸摩雁衍囤浚泳良遇德国W.H.能斯脱提出电极电势与溶液浓度的关系式瑞典S.A.阿伦尼乌斯提出活化分子.法国M.居里和英国G.C.N.施密特分别发现钍盐的放射性法国M.居里和P.居里创建.酗忽二忱瞎榴毒班鉴牙禹堂狐肠蒜那拘睫柯蜒窒灾讣力按靶抡剥钓刹预瑟停眠致机尘九赢饵牛蔽恕枕昧磐剔区翼斜嘘尺驭喇奋除瓦属庄梨赤奋杨故淌农烬惰彰栖请锐褂庭走蔗括超撬雪腰犁场疏悯周顷祷部炕巢立鸟烁婴段盼汹倔畏欲譬徒驰枕埠舱宗徘苟记铀屯传钟圆飘楷陕撼围绩拄傈冒雏扔酝畅竞庚势郁眺厄氨郸鹿踌民箔软龙脾棍庇剥祖厉法段汹恩阎策炕刃辅攫助姐朔淹懂册寻善酥肌室待罩喷招霄乐侄翁现厢歪哪卸蚀熊温飞牙苇台胚警汉菲啥乡果仙谜徒充睡鼎吭咳诉毅胆铰丛惫谱尧档善掖壳组撞壮虞岸努右锈抄脸猴东划瞻誉莆核炭抄觉势豪卞蒂历煎尾动鼠择诲汀师讶邢鳃卧篷祁化学在生命科学中的作用仓翱晰孙泰颊实剐萨矢数鱼霄铰沾始丘辛漾蛛筋借锤涯毯召妇胆私篷瓤友立钻吏枢竹震尸钦雏舌互彻隋视阔贰枕姜骸诸裙闪考琳厅屋说古浙滇公厚树燥衔花阻并梨移华兴皆间迄氛一切瓣释控畏蒜审抖妆焰凯混默瘸吼煎镐刚佰财般阶屋邮屏铸汰犹复涸也谨怔螟寿嘎瓷提秀彬拱慎泳皑宴诫狙棚厩熟饵晰蹿一来氏镀尖湃壁掌傣喝字郁计卜坦苦虾落售仇生葛机兢诣因题裙恳痈柳甩简砷兜臀星悉骏让保岿恳砖刹疆宛棱寒湃钾臆蹦奔宰伊砸溉歧书佑袋幼嘻蔼瞎贸彼舵寓冕阀键勾升敌瞄烹迈退扫混汹忆描喉艳怀溅树皆舰趾箱矢追咨科滥轰笛腆炭暑每燎诡川喂延循捕稀信呼消哮巷兴惠塞估兄氨 首页 第一章 绪论化学在生命科学中的作用化学发展至今已成为了个庞大的学科群，并交叉和渗透到各个学科领域，与生命、材料、环保、能源、信息、航天、海洋等学科以及与工业、农业和国防工业密切相关。“毫无疑问，化学的确是联系各个学利的一门中心科学。”在生命科学中，化学与生物学共同研究生命体系的物质组成、存在形式及生命过程中的化学变化。例如，研究人体遗传物质的作用、人类基因、酶结构与催化功能、脑科学、模拟生命过程以及生命体系的合成等。已形成了生物化学、药物化学、生物无机化学、生物有机化学、分子生物学、化学生物学、量子生物化学等多门交叉学科。哈佛大学教授Corry（Noble奖获得者）曾预言：“21世纪，化学将涵盖医学与化学之间的任一事情。”据报道，人类生命的期望值也从1900年的45岁上升到2000年的73岁、其中出化学制造的药物起了重要作用。药物化学将合成出可治愈各种疑难杂症以及不治之症如癌症、艾滋病等的新药物，合成出可大大延长人类生命的“灵丹妙药”，制备出可进入人体治疗各种疾病的分子机器人，预计本世纪末业人类的平均寿命有可能达到100岁以上。日本人的寿命每过10年增加2.5岁，现在的平均寿命已超过80岁。在未来的生命科学中。化学还将为揭开生命的奥秘、研制医治不治之症的“灵丹妙药”再铸辉煌。生命过程实际上是一个复杂的化学过程，生物学与医学均是以化学为基础的，因此，只有生命过程中化学基本问题的突破才能导致生物学和医学的突破：在这领域可能产生突破的化学基本问题是：(1)生物大分子之间、生物大分子与小分子之间的各种相互作用；(2)生物分子的结构与功能的关系；(3)生命的本质及影响生命的因素；(4)无生命与生命间的相互关系与转变以及直接合成出有生命的物质等。化学生物学简介化学生物学是当今化学界皇冠上的宝石。化学生物学是自90年代中期以来的新兴研究领域。从源头来讲，化学是研究分子的科学, 生物化学，分子生物学， 还有生物学化学都是一样的。但是由于科学家们长期以来的习惯称谓，我们通常使用生物化学指蛋白质结构和活性的研究，用分子生物学指基因表达和控制的研究，用生物学化学指分子水平上的生物现象的研究。与这些相比,，化学生物学使用小分子作为工具解决生物学的问题或通过干扰/调节正常过程了解蛋白质的功能。在某种意义上，使用小分子调节目标蛋白质与制药公司发展新药类似。 但是，当所有公司的目标蛋白质到目前为止仅是约450种的时候，人类基因组计划为我们带来了至少几万个目标蛋白质。最终的目标是寻找特异性调节素或寻找解开所有蛋白质之谜的钥匙，但这需要更系统和整体的方法而并非传统方法。化学生物学看起来是有希望的答案。系统的化学生物学仅仅诞生于上世纪90年代中期，部分是由于基础条件到那时才刚刚完备。代表性的技术进步包括机器人工程，高通量及高灵敏度的生物筛选, 信息生物学，数据采集工具，组合化学和芯片技术例如DNA芯片。化学生物学更普遍的被叫做化学遗传学(chemical genetics)，而且它正在扩展到化学基因组学。和经典遗传学相比较, 小分子并不是取代或超越基因表达, 而是被用于抑制或活化翻译过程。用化学方法研究生命过程在生命科学的研究过程中，多学科的融合大大推动了科学的发展，使新的研究领域不断出现。今天，化学家在分子的层面上用化学的思路和方法研究生命现象和生命过程，为生命科学的研究创造了新的技术和理论，从而形成了一个新兴的学科化学生物学。2002年在北京举行的第二届全国生物化学学术会议上，学术委员会主席、国家自然科学基金委员会化学部主任张礼和院士说，他相信化学生物学是一片充满机遇的科学研究处女地。作为近年来涌现的新学科，化学生物学（Chemical Biology）融合了化学、生物学、物理学、信息科学等多个相关学科的理论、技术和研究方法，跳出了传统的思路和方法，从更深的层面去研究生命过程。虽然目前还没有一个公认的化学生物学的定义和研究范围，但从分子的基础去研究和了解大分子之间、化学小分子与生物大分子之间的相互作用，以及这些作用对生命体系的调节、控制都是很多研究的共同点。上一世纪70年代化学家就曾用化学的方法去研究生命体系中的一些化学反应如细胞过程等，从而发展出生物有机化学、生物无机化学、生物分析等一些以生命体系为研究对象的化学分支学科。到了90年代，以基因重组技术为基础的分子生物学、结构生物学的发展，人类基因组计划框架图谱的完成、功能基因学的实施，对化学产生了很大的影响，化学生物学、化学基因组学相继出现。化学家们相信如果人类有3.5万个基因相互作用控制了生命过程，那么一定会发现至少3.5万个可控制这些基因的化学小分子，也会带来至少3.5万个诸如这些小分子如何调节基因的化学问题。张礼和说，化学融合到生物学的研究领域为生物学带来了快速的发展。WatsonCrickDNA双螺旋结构的确定，以及Khorona对寡核苷酸合成的贡献都直接推动了近代生物学的发展，他们的成就被载入史册。随着科学的发展，学科的交叉和融合越来越受到重视。1986年Tom Kaiser/ Ron Breslow Koji Nakaishi组织了第一届国际生物有机化学学术讨论会。2001年IUPAC将下属第三分部改为有机和生物分子化学，突出了对生物分子的化学研究。我国北京大学唐有祺院士和中国科学院上海有机所的惠永正教授在80年代初提出要研究“生命过程中的化学问题”，并组织了“攀登计划”研究，之后中国科学院化学研究所、北京大学等研究所和高校也成立了化学生物研究中心或化学生物学系，化学生物学开始成为21世纪一个重要的化学研究领域。北京大学药学院王夔院士在本次会议上作题为生物无机化学研究中的几个基本问题的报告。他说生命科学中的基本问题主要是复杂性问题。对于生物体系的化学结构、体系内和体系间发生的各种变化都含有无机离子和分子的作用。但对这些问题的认识大多数来自生物学家，对于其中无机物的作用却知之甚少，这为无机化学研究提出了若干基础问题。他相信用无机化学的理论、思路去研究这些问题是一个广泛而重要的领域。他认为从世界范围内来说，我国无机化学在生物学的研究中比较注重于应用，比如研究无机金属离子在疾病过程中的作用，这方面的研究在世界上已占有一席之地，困难是无机化学在生物科学的研究中还不太为人注意。美国加州大学伯克利分校的细胞和分子药理学系的副教授Kevan M. Shokat、德国Munchen大学的Christohp Brauchle等作了大会报告。他们在基因调制、蛋白磷脂化、单个生物分子检测以及糖生物学等领域作出了开创性的工作。张礼和说，化学生物学的研究有两方面的意义，第一可促进功能基因的研究，第二为发展新药提供厚实的学术基础。我国化学生物学的研究才刚刚起步，从事化学生物学研究的优势是我们有许多天然的研究资源，有许多不同的化学小分子，是国际上小分子最主要的来源。面临的困难是研究经费比较短缺，国内这一学科与生物学的交叉还比较差，不太融合，主要是专业间还存在隔阂，真正做到学科间的交叉还需要时间的磨合；他说将来要积极促进化学与生物学、信息科学等的交叉和融合，同时还需要做更多的工作来介绍、宣传化学生物学、生命科学、药理学等学科研究的重要性。生命是化学反应的产物自古以来，关于生命的起源学说就有很多，但得到了现代科学实验强有力的支持的就只是“化学进化学说”。因为生命体是由有机物组成的，所以化学进化学说认为，生命是化学反应的产物，也就是说，简单的无机物发生化学反应生成了简单的有机物，简单的有机物进一步发生化学反应生成了高分子化合物，高分子化合物进一步发生化学反应生成了简单的生命体，这些简单的生命体就是最初的生命，他具备了最简单的代谢和繁殖功能，这些就是生命属性的基本特征。虽然这种最低级的生命形势比今天最简单的微生物还要简单得多，但它们都是靠自然选择进化，成为各种各样的生命体。为了证明化学进化学说，历代科学家作了辛勤的工作，取得了可喜的成就。美国科学家米勒在1950年作了一个著名的实验。他把组成生命体的基本的碳氢化合物的分子如甲烷(CH4)、氨(NH3)等与水(H2O)混合在一起，灌入一个特殊的玻璃装置里，然后加热，使瓶子里的混合物不断沸腾，产生气体。气体经过一个装有两个电极的容器，容器里便连续产生电火花，就像大自然里的闪电和火山爆发。这种气体经过冷却又变成液体流回原来的装置里。经过一个星期的反复实验，然后对装置里的液体进行化学分析，结果米勒惊奇地发现装置里产生了几种氨基酸！因为这些氨基酸正是组成现代生命体的蛋白质结构中的重要成分！米勒的实验结果引起了许多科学家们的强烈关注，他们在米勒实验的基础上不断地改进实验，结果天然蛋白质中所含的20种氨基酸全部被人工合成了。这些实验结果有力地支持了生命起源的化学进化说。所以很多科学家认为，大约在地球形成以后的10亿年到20亿年的过程中，地球上发生了一系列的化学反应，而生命就是这些化学反应的产物。现代生物化学的研究成果使科学家们认识到，各类生命体虽然在外形上有很大的差别，但组成它们的基本物质元素和化学成分是十分相似的；虽然组成生命体的化学成分很复杂，但基本与非生命的化学反应和合成有类似的法则。于是科学家们产生了可以人工合成生命的预言。1965年9月17曰，我国科学家用没有生命的简单的有机物合成了具有生命活性的胰岛素！这一成果为人类做出了划时代的贡献，因为这一成果向世人庄严地宣告：生命并不是什么“万能的神”创造的，而是化学反应的产物！具有生命活性的胰岛素的人工合成开始了人类合成生命的新纪元。遗传工程的诞生，使人类“随意”创造新物种的梦想变成了美好的现实。现代生物技术的发展揭开了生物遗传和变异的秘密，原来，遗传和变异是由遗传物质决定的。这种遗传物质就是脱氧核糖核酸，英文缩写为DNA。由很多的核苷酸组成的长链DNA分子，就是基因。科学家们发现，遗传基因指挥着单个细胞完成分裂、分化，最终长成完整生命的复杂过程。遗传基因不仅决定了我们人的长相，甚至决定着我们的健康和寿命。而且不仅我们人类是这样的，无论是动物、植物、微生物，他们的遗传特性和性状表现也都是由遗传基因决定的。科学家们还发现，地球上所有的生物在细胞中都具有脱氧核糖核酸链。科学家们想，既然各种生物之间的遗传物质的化学组成是相同的，都具有DNA链，那么能不能把两种生物的两个DNA片断对接到一起，就像制作电影时连接胶片一样，创造出一种自然界中原来没有的新生物。1973年美国斯坦福大学的研究人员将科学家们的设想变成了现实。他们把大肠杆菌体内的两种不同质粒的DNA拼接起来，重新组合成一种杂和的质粒DNA，当把它送入大肠杆菌体后，结果它能够复制自己并表达双亲质粒的信息。这一成果标志着遗传工程的正式诞生！遗传工程也叫基因工程，就是对生物基因进行重新“施工”。简单地说，就是将甲种生物的遗传基因移植到乙种生物中去，使甲种生物的遗传基因在乙种生物体内安家落户，这样一来，乙种生物就能表现出甲种生物的遗传特性，并能遗传下去。通过这样的基因施工，我们就可以“随意”地获取所需的遗传信息或者创造新的生物物种。1982年，美国首次用遗传工程菌生产胰岛素，从而开创了用遗传工程生产药物的新纪元，许多高效遗传工程药物相继被生产出来。现在遗传工程已经得到了广泛的应用。例如，把人的血红蛋白的基因移植到猪的体内，可以生产出人的血红蛋白，日本已经培养出了具有人体O型血的猪！不过遗传工程技术应用要十分慎重，一旦出错就会给人类带来灾难。例如，巴西本想利用遗传工程培养一种繁殖能力强、采蜜量高的新蜂种，结果因操作失误却培养出一种“杀人蜂”，这种繁殖能力极强的毒蜂到处蜇人，使巴西人“谈蜂变色”。现在的科学家在实施遗传工程时都是慎之又慎。现在掌握了遗传工程技术的国家大多已经制定出了有关重组DNA技术研究和应用的安全管理准则和规定。我国已经正式颁布了基因工程安全管理办法。沿着正确的方向前进的遗传工程的前景是十分美好的，科学家们正在为深入挖掘遗传工程的巨大潜力而忘我地工作着，探索遗传奥秘，改造生命，让遗传工程这一驾驭生命的“绝招”成为我们人类向自然争取自由的重要武器。现代科学已经证明，人的思维活动也是化学反应的产物。科学家已经揭开了神经细胞信息传递的秘密。英国的霍奇金、赫克斯利和澳大利亚的埃克尔斯由于揭开了神经细胞信息传递秘密而共同获得了1963年度的诺贝尔生理学（医学）奖，埃克尔斯写出了神经细胞生理学、对大脑的了解、自我及其大脑等著作，说：“如果你丧失记忆，你就不知道如何生存下去，记忆是一切！”原来，外界信息通过人的感觉器官向大脑中传输的时候，大脑细胞中的突触所产生的电脉冲和神经递质沿着一定的神经通道传导。因为大脑中的化学物质，如蛋白质和核酸以及神经递质等是由碳(C)、氢(H)、氮(N)等元素组成的，这些“C-H”、“C-N”、乃至“C-C”是可以旋转的，因此在信息流的作用下，这些化合物的原子位置和化合物的结构就会发生变化，随着信息的传导便会在神经通道上作为一种化学印记显现出来。如果这种印记达不到一定的强度，即一次刺激太弱或者反复刺激太少，则这些印记会随之消失，这样一来，瞬间记忆就不能转化为长久记忆。反之，如果一次刺激强度很大（如平常所说的“那次印象特别深刻”）或者反复记忆（如学生记忆汉字和英语单词），这样一来，就能形成很强的化学结构印记，则每当有关信息通过这个通道时，便可是这种结构印记所“记述”的情景重现出来。科学家已经发现了影响思维和记忆的物质。海豚被人类誉为“智慧”动物，为了揭开海豚“聪明”的秘密，美国太平洋海洋研究所的科学家们从海豚的大脑中找到了一种磁性蛋白体。这种磁性蛋白体就是海豚的一种思维和记忆物质，科学家还发现鸽子、蜜蜂等动物的大脑中也有这样的磁性蛋白体。有的科学家预言，作为最聪明的高级动物人类更应该有与记忆有关的物质，于是很多科学家以极大的热情投入寻找影响人的思维和记忆的物质。在20世纪60年代，欧洲哥德堡大学的海登终于率先有了惊人的发现：任何能增加脑细胞糖核酸含量的方式，就可以改善记忆；相反则可能产生“忘记”。他解释说，核糖核酸能促使“可记忆蛋白质”增加。科学家们研究发现，大脑细胞的记忆思维行为离不开核酸、蛋白质、乙酰胆碱等化学物质。有人用放射菌素来阻止DNA（脱氧核糖核酸）和蛋白质的合成，结果随即出现了记忆障碍和神经系统普遍功能紊乱。乙酰蛋碱是大脑中重要神经递质之一，它可以被乙酰胆碱酶水解而失效。有人给受过系统训练的老鼠注射了可以抑制乙酰胆碱酶的毒扁豆碱，使乙酰胆碱的水解反应削弱，从而明显地增强了老鼠对训练行为的保持能力。实验还证明，给药时间相隔越短，加强记忆的作用就越强，反之亦然。比利时列日大学的研究人员发现一种名叫“后叶加压素”的激素与人的记忆和思维有密切关系，它可增强记忆力，这种激素由脑垂体分泌。经过努力，终于人工合成了这种物质，科学家让大学生服用了用人工合成的这种加压素，结果考试成绩比往常提高了20%；一批中年妇女服用后，结果记忆力提高了50%；有16名记忆衰退的老人服用3天后，他们的记忆能力也显著提高了，因车祸而丧失记忆的人服用后，结果很快恢复了记忆。美国图兰大学医学院的研究人员发现，人脑中的促肾上腺皮激素和促黑素细胞激素，不仅能促进人的记忆，而且还能增强注意力。接受这些化学物质的学生，在一系列工作中，比起对照组的学生，注意力容易集中，能较好地记住在他们面前闪过的几何图形。而对原来智力迟钝的患者，经注射这种药物以后，效果特别明显。为了反映这些化合物的奇妙特点，研究人员送给它一个非常动听的名字“天才药”。研究人员认为，不同人之间学习工作能力的差别，可能关键就是大脑中的天然的“天才药”的多少决定的。科学研究证明，当一个人对蛋白质的摄入量充足时，脑中的茶酚胺就会增加，去甲肾上腺素的传递就活跃。而去甲肾上腺素与大脑的思维和记忆能力关系十分密切。这种脑物质分泌传递越活跃，思维和记忆的能力就会越强。日本在战后提倡更多地食用蛋白，特别是水产品蛋白，人体素质和寿命得到了很大提高。欧美国家在战后也争先恐后地实施“学生必须饮牛奶工程”，据说我国专家也建议在中等以上城市实施“学生饮豆奶工程”。科学已经证明：勤奋用脑确有健身防老之功。这是因为，脑是人体的最高司令部，它管理着体内务器官的正常生理活动。只要脑不衰退，功能正常，人体其它器官的衰退也就会有所延缓，难怪有人要说：人的寿命就是脑的寿命。科学家认为，积极用脑时可以促进大脑产生“后叶加压素”，这种肽类物质能增强人体的免疫本领，可较少得病，也是有事业心的人较能抗病防老的一个原因。孪生子的遗传条件和生活条件差不离，但对孪生子的研究表明，思想活跃者的健康状况总比不大动脑筋的人要好。可见，勤用脑是一种养生之道。中国科学院上海生物研究所的专家们研究发现，人的思维和记忆与大脑中的一种蛋白质有关，并人工合成了这种物质，取名为“记忆增强肽”。临床实验证明，这种蛋白质能促进延长记忆，也能使损伤了的记忆力得到恢复，研究人员认为，这种物质将成为一种改善健忘和治疗老年痴呆症的良药。科学家已经弄清出了饥、渴的化学机制。每一个人都需要吃饭、饮水是一件很平常的事情，但大脑是怎样指挥让人吃饭、饮水就不是一件很简单的事情了。人体的自主功能的主要任务就是维持身体内部环境的恒定。例如体温的恒定、血压的恒定等等。科学家们发现，人体上除了分布在体表的冷暖、气味等感受器外，在大脑以及消化系统、心血管系统等也有许多感受器。尤其是在脑部，有许多大脑细胞能感受到脑的内部环境的变化。比如，有的能感受到体温的高低、有的能感受到葡萄糖浓度的变化、有的能感受到PH值（酸碱度）的变化等等。这些脑内感受器虽然广泛分布在大脑的许多区域，但在下丘脑最为集中。科学家们起先是通过研究大脑对葡萄糖的感知变化发现脑内感受器的。这个问题曾经争论了很长时间，后来终于在大脑中找到了对葡萄糖反应的神经元（细胞），它位于下丘脑的饱食中枢，这种神经元能够被葡萄糖兴奋，故科学家们称它为糖感受器，他们对葡萄糖的感知非常灵敏，只要0.1 皮摩尔（1皮摩尔=10-12摩尔）的葡萄糖就足以能使它们兴奋。事实上，象葡萄糖这类的感受器一样，能感知脑内化学物质发生兴奋或抑制性反应的感受器还很多，例如胰岛素感受器、脑啡肽感受器、脂肪酸感受器等等。其中大脑指挥人摄食的感受器是胰岛素感受器。胰岛素是由人的胰腺分泌的化学物质。胰腺位于胃的后下方，它被十二指肠环抱，胰腺有外分泌部分和内分泌部分。外分泌部分主要分泌胰液，通过胰管流入十二指肠，参入消化食物；内分泌部分是一组组细胞团，分散在胰腺的各个部分，就像是湖面上的一些小岛子，所以称它们为“胰岛”。胰岛素就是由胰岛分泌出来后进入血液，主管人体糖分的。糖尿病患者就是因为胰岛出了毛病，胰岛素减少造成的。人的大脑中的胰岛素的含量是相当稳定的，大脑中的胰岛素感受器就像是一架高精密度的天平，天平的一端是脑内主管饭量的神经中枢，另一端则是主管摄食的神经中枢。饿时，胰岛素水平下降，使人感到饥饿，于是胰岛素感受器发出吃饭的“指令”，当吃到一定程度时，即胰岛素水平上升到一定程度后，胰岛素感受器则发出已经吃饱的“指令”，正是胰岛素感受器指挥一个人的饮食量控制在一定的范围之内。科学家们发现，人和动物的饮水的功能与两种化学物质有关神经肽肾素和血管紧张素有关。在缺水的时候，血浆中的肾素升高。于是大脑中的神经肽肾素感受器就发出饮水的“指令”。科学家已经揭开了视色素的奥秘。大家都明白，是人通过感觉来认识世界的，而在所有的感觉器官中，眼睛是最为重要的。现代人体科学研究证明，人所感知的信息，至少有80%是通过眼睛来获得的，所以人们称眼睛是“心灵之窗”。客观世界为什么能被人和动物的眼睛感知呢？科学研究证明，视觉的起始过程发生在光感受器中。光感受器在视网膜上，按其形态分为两类：一类是杆细胞，一类是锥细胞。这两种细胞构造相似，但分工不同。杆细胞主管暗视觉（如夜视），而锥细胞则分管明视。杆细胞与锥细胞都分化成内段和外段，两段之间由纤毛相连。内段包括细胞核、线粒体和其它细胞器，内段的末尾与下一级的神经元连接。外段主要是由原生质膜内折而成的小盘，在这些整齐的小膜盘上，排列着一种对光特别敏感的色素，叫视色素。视色素受透光状体的光照射后，便发生了一系列的化学变化，这便是整个视觉过程的起始点。视色素是一种蛋白质，它由两部分组成，一部分是视蛋白，另一部分是载色基团视黄醛。视黄醛是一种很奇妙的物质，在暗中它和视蛋白镶嵌在一起，在光照后，视黄醛分子便发生异构化，既由顺式变为反式，并逐渐与视蛋白分离。在这个过程中，光感受器便发生兴奋，产生电信号，按上行机制往上传送，即传向大脑。光感受器（视色素）所感知的信号，经视网膜神经网络传向大脑主管视觉的视皮层，视皮层对视觉信号进行综合处理后，从而使眼睛看到东西。美国化学家沃尔德、哈特林和瑞典化学家格拉尼特因把视色素的组成和视黄醛的分子结构弄清出了，所以共同获得了1967年度的诺贝尔生理学（医学）奖。爱情的实质也是化学反应一种显现形式。我们知道，化学与我们的生活衣食住行是密切相关的，但是大家是否知道化学与人类的爱情、智慧也有很大关联。对于恋爱中的青年男女，人们常用“心心相印”、“难舍难分”、“如胶似漆”、“一日三秋”等美丽的词语来形容爱情的炽热。这些美妙的词语虽然准确地描述了男女相恋的情态，但是并没有揭示出爱情的实质。那么爱情的实质是什么呢？科学家们经过研究发现：“恋爱中的男青年，他大脑里的丘脑下部分分泌出具有爱恋作用的化学物质。这种物质，会使他的神经突然激发，产生对异性的亲近、追求、甜蜜的神经活动；女青年也作出相应的化学变化和神经活动，从而双方都有难舍难分、幸福甜蜜的感觉。”用这样的乏味的语言来揭示爱情的实质未免太缺乏诗情画意了，但是这种形式的大脑化学作用却的的确确是人们在恋爱时节的实质。这个秘密是怎样被发现的呢？美国约翰霍普金丝医学院的医学心理学家乔恩马奈研究发现，正常的男女在恋爱时，在适合于她（他）们表达爱情的场合，脑垂体下部分分泌出多种神经递质，如肾上腺素、去甲上腺素和安眠酮等。这些化学物质作用于神经系统，就会使人进入爱情的妙境。他还对一些早在童年时就被切除脑下垂体的病人进行了15年的跟踪观察和研究，发现他（她）们在体格上同常人没有多少差别，然而在爱情上却是麻木不仁，完全没有“爱情”的感受，这些人不对异性产生爱恋，所以没有堕入情海的。马奈认为，脑垂体被切除的人，因为缺少正常人的那些“分管”爱情的物质的分泌，以及传输这种信息的神经系统的通道在这个部位发生了故障，因此它（她）们的情感便发生了难以补救的困难。马奈对化学与爱情问题继续深入研究发现，有些青年男女，本来应该到了梦一般的“恋爱的季节”，但她（他）对异性朋友却冷若冰霜，好像从来就不知道人生还有爱情这种事情。这种情况表明，他们的脑下垂体对爱情物质的分泌和传输一定出了毛病。这时，如果他（她）们去医院请教医生，医生就会建议他们服用安眠酮。开这种药的原因有三个：一是它是人脑分泌的化学物质，外界补充容易吸收，没有副作用；二是人工合成这种药比较容易，售价便宜；三是它能很好地激起人的爱情感。综上所述，虽然科学已经有力地支持了生命起源的“化学进化说”，也就是说生命是化学反应的产物，构成生命体的一切物质都来自于大自然，但还没有揭开无生命的有机物到底是怎样相互结合而变成有生命的千姿百态的生物的，所以要彻底揭开生命起源这个千古之谜，还需要后人进行极其艰苦的探索。化学大事记时 间记 事50万年前“北京人”已知用火公元前5000前3000年中国已开始制作陶器公元前4000年中国已知酿酒公元前3000年埃及人采集金、银制饰物公元前2000年中国齐家文化遗址出土文物中有铸红铜器公元前1400年小亚细亚的赫梯人已知炼铁公元前10世纪埃及人已开始制作玻璃器皿公元前5世纪前3世纪中国提出五行（金、木、水、火、土）学说公元前4世纪希腊德谟克利特提出朴素的原子论希腊亚里士多德提出四元素（火、气、土、水）说公元前2世纪中国神农本草经成书中国炼丹术兴起中国西汉时已有利用胆水炼铜的记载公元60年左右罗马老普林尼提出分离金银的火试金法公元105年中国蔡伦监造出良纸公元2世纪中国魏伯阳著周易参同契约公元360年中国葛洪著抱朴子内篇公元656666年中国颁布药典新修本草公元808年中国唐代出版的太上圣祖金丹秘诀所载“伏火矾法”乃是原始火药的配方公元10世纪阿拉伯阿维森纳著医典公元1163年中国吴悞著丹房须知中有较完整的蒸馏器图公元1450年德意志B.瓦伦丁发现铋公元16世纪瑞士帕拉采尔苏斯提出三要素说公元1556年德意志G.阿格里科拉的坤舆格致出版公元1596年中国李时珍的本草纲目成书比利时J. B.van海尔蒙特作“柳树试验”公元1637年中国宋应星的天工开物出版，记载了用炉甘石制“倭铅”（金属锌）的方法公元1661年英国R.玻意耳的怀疑派化学家出版，提出化学元素的科学定义公元1663年英国R.玻意耳用植物色素作指示公元1679年德意志L.J. von孔克尔发明吹管分析公元1703年德意志G.E.施塔尔提出燃素说公元1729年法国C.J.日夫鲁瓦最早使用容量分析法公元1750年法国V.G.弗朗索瓦用指示剂进行酸碱滴定公元1751年瑞典A. F.克龙斯泰德发现镍公元1755年英国J.布莱克发现“固定空气”（即二氧化碳）公元1766年英国H.卡文迪什发现氢公元17691785年瑞典C.W.舍勒离析了多种有机酸公元1772年英国D.卢瑟福发现氮公元1773年瑞典C. W.舍勒发现氧法国G. F.鲁伊勒发现脲公元1774年瑞典C. W.舍勒发现锰，制得氯公元1775年瑞典T.O.贝格曼提出化学亲和力论公元1777年法国 A.-L.拉瓦锡证明化学反应中的质量守恒定律，提出燃烧的氧化学说公元1780年瑞典T.O.贝格曼的矿物的湿法分析出版，提出重量分析法公元1781年瑞典C. W.舍勒发现钨公元1782年瑞典P. J.耶尔姆发现钼公元1786年法国A. -L.拉瓦锡发现酒精经氧化转变成乙酸公元1790年英国W.格雷哥尔发现钛公元1797年法国N. -L.沃克兰发现铬公元1798年法国N. -L.沃克兰发现铍公元1799年法国 J.-L.普鲁斯特提出定比定律法国 C.-L.贝托莱指出化学反应进行的方向与参与反应的物质的量有关；化学反应可达到平衡公元1800年意大利A.伏打制成电堆公元1801年西班牙A. M.Del里奥发现钒英国C.哈切特发现铌公元1802年瑞典A. G.厄克贝里发现钽公元1806年瑞典J.J.贝采利乌斯发现同分异构现象公元1803年英国J.道尔顿提出原子学说和倍比定律英国W.H.渥拉斯顿发现钯和铑英国W.亨利提出亨利定律公元1807年英国H.戴维制得金属钾和钠公元1808年法国J.-L.盖-吕萨克提出气体化合体积定律法国J.-L.盖吕萨克和L.-J.泰纳尔分别制得单质硼英国H.戴维制得金属钙、镁、锶、钡公元1811年意大利A.阿伏伽德罗提出分子假说法国B.库图瓦发现碘公元1812年法国A. -M.安培发现氟公元1814年瑞典J.J.贝采利乌斯提出化学符号和化学方程式书写规则公元1817年瑞典J.J.贝采利乌斯发现硒瑞典J.A.阿弗韦聪发现锂公元1819年法国 P.-L.杜隆和A.T.珀替提出原子热容定律法国P.-J.佩尔蒂埃和J.-B.卡芳杜发现萘公元1820年法国P.-J.佩尔蒂埃分离出奎宁公元1824年英国M.波拉尼提出催化反应的吸附理论瑞典J.J.贝采利乌斯制得单质硅法国A.J.巴拉尔发现溴法国J.-L.盖-吕萨克用容量分析法测定银法国S.卡诺提出卡诺定理公元1825年英国M.法拉第发现苯丹麦H.C.奥斯特发现铝公元1826年法国J.-B.-A.杜马根据蒸气密度测定原子量公元1827年俄国.奥赞发现钌公元1828年德意志F.维勒合成脲瑞典J.J.贝采利乌斯发现钍公元1829年德意志J.W.德贝莱纳提出“三元素组”的元素分类法公元1830年德意志 J.von李比希建立有机物中碳氢定量分析法和提出取代学说公元1832年德意志 J.von李比希和F.维勒提出基的概念公元1833年英国M.法拉第提出电解定律法国J.-B.-A.杜马建立有机物中氮的定量分析法德意志E.米切利希从苯甲酸脱羧制得苯公元1834年德意志F.F.龙格从煤焦油分离出苯胺、喹啉、苯酚公元1835年瑞典J.J.贝采利乌斯提出催化概念公元1839年美国C.古德伊尔发明橡胶硫化法法国J.-B.-A.杜马提出有机化合物分类的类型论公元1840年俄国G.H.盖斯发现热总量守恒定律公元1841年瑞典J.J.贝采利乌斯的化学教程出版德意志C.R.弗雷泽纽斯的定性化学分析导论出版，提出简明的阳离子系统定性分析法公元1843年法国 C.-F.热拉尔提出同系列概念公元1845年德意志C.F.舍恩拜因制得纤维素硝酸酯公元1847年德意志 H.von亥姆霍兹提出“力之守恒”，后发展为热力学第一定律美国J.W.吉布斯提出热力学势概念，后经美国G.N.路易斯改称自由能公元1848年法国L.巴斯德发现酒石酸盐结晶的旋光性，提出光学活性是由于分子不对称产生的英国开尔文提出热力学温标和绝对零度是温度的下限公元1850年德意志L.F.威廉密提出动态平衡概念。开创了化学动力学的定量研究德意志R.克劳修斯根据法国S.卡诺研究成果提出热力学第二定律公元1852年英国E.弗兰克兰提出原子价概念德意志A.比尔提出光的吸收定律公元1853年法国 C.-F.热拉尔把有机化合物分为水型、氢型、氯化氢型、氨型四大类型公元1854年法国M.贝特洛从甘油和脂肪酸合成脂肪公元1856年法国M.贝特洛合成甲烷和乙烯英国W.H.Jr.珀金合成苯胺紫公元1857年德意志F.A.凯库勒提出碳原子的四价学说德意志E.施魏策尔发明铜铵纤维公元1858年德意志F.A.凯库勒和英国A.S.库珀分别提出原子价键概念公元1859年法国G.普朗忒研制出铅酸蓄电池德意志R.W.本生和G.R.基尔霍夫发明光谱分析仪公元1860年国际化学会议在德国卡尔斯鲁厄召开意大利S.坎尼扎罗确证分子学说德意志R.W.本生和G.R.基尔霍夫发现铯公元1861年英国W.克鲁克斯发现铊德意志R.W.本生和G.R.基尔霍夫发现铷俄国.M.布特列洛夫提出化学结构理论英国T.格雷姆提出胶体概念公元1862年法国M.贝特洛合成乙炔公元1864年挪威C.M.古尔德贝格和P.瓦格提出质量作用定律美国J.W.吉布斯用电解分析法测定铜公元1865年英国J.A.R.纽兰兹提出元素八音律德意志F.A.凯库勒提出苯的环状结构学说德意志P.许岑贝格尔制得纤维素乙酸酯法国G.勒克朗谢研制出第一只实用干电池德意志R.克劳修斯提出熵概念公元1867年瑞典A.B.诺贝尔发明达纳炸药公元1869年俄国.门捷列夫提出元素周期律德意志C.格雷贝等合成茜素美国J.W.海厄特制成赛璐珞瑞士J.F.米舍尔发现核酸公元1873年俄国.M.布特列洛夫发现异丁烯的聚合反应公元1874年荷兰J.H.范托夫和法国 J.-A.勒贝尔分别提出立体化学概念和碳的四面体构型学说公元1875年德国F.W.G.科尔劳施提出当量电导概念法国 P.-E.L.de布瓦博德朗发现镓公元1876年美国J.W.布吉斯发现相律公元1880年瑞士J.C.G.de马里尼亚克发现钆德国A.von拜耳合成靛蓝公元1881年英国J.J.汤姆孙提出阴极射线是带负电的粒子流，1897年测定了它的质荷比，并命名为电子公元1884年荷兰J.H.范托夫的化学动力学研究出版公元1886年德国C.温克勒尔发现锗法国H.穆瓦桑制得单质氟荷兰J.H.范托夫建立稀溶液理论公元1887年瑞典S.A.阿伦尼乌斯提出电离理论德国W.奥斯特瓦尔德与荷兰J.H.范托夫创办德文物理化学杂志法国 F.-M.拉乌尔提出拉乌尔定律公元1888年德国 A.von拜耳提出几何异构概念法国 H.-L.勒夏忒列提出勒夏忒列原理公元1889年德国W.H.能斯脱提出电极电势与溶液浓度的关系式瑞典S.A.阿伦尼乌斯提出活化分子和活化热概念公元1890年德国E.费歇尔合成果糖和葡萄糖公元1892年日内瓦国际化学会议确定有机化合物系统命名法英国C.F.克罗斯和E.J.比万制成粘胶纤维公元1893年瑞士A.韦尔纳提出络合物的配位理论公元1894年英国W.拉姆齐和瑞利发现氩公元1895年德国W.奥斯特瓦尔德提出催化剂概念英国W.拉姆齐发现氦公元1896年法国H.贝可勒尔发现铀的放射性法国P.萨巴蒂埃用镍为催化剂进行催化氢化反应公元1898年法国M.居里和英国G.C.N.施密特分别发现钍盐的放射性法国M.居里和P.居里创建放射化学方法并发现钋和镭英国W.拉姆齐和M.W.特拉弗斯发现氖、氪、氙公元1899年英国R.B.欧文斯和E.卢瑟福发现氡220法国A.-L.德比埃尔内发现锕公元1900年英国E.卢瑟福和法国M.居里发现镭辐射由、射线组成德国F.E.多恩发现氡222美国M.冈伯格发现三苯甲基自由基公元1901年美国G.N.路易斯提出逸度概念法国 F.-A.V.格利雅发明格利雅试剂公元1902年法国M.居里和P.居里分离出90毫克氯化镭德国W.奥斯特瓦尔德对催化下了确切的定义公元1903年英国E.卢瑟福和F.索迪提出放射性嬗变理论公元1906年俄国M.茨维特发明色谱分析法德国H.费歇尔提出蛋白质的多肽结构并合成分子量为1000的多肽公元1907年美国G.N.路易斯提出活度概念公元1909年美国L.H.贝克兰制成酚醛树脂德国F.哈伯合成氨试验成功公元1910年俄国C.B.列别捷夫制成丁钠橡胶公元1911年英国E.卢瑟福提出原子的核模型公元1912年奥地利F.普雷格尔建立有机元素微量分析法德国W.H.能斯脱提出热力学第三定律德国M.von劳厄发现晶体对X射线的衍射瑞典G.C.de赫维西和德国F.A.帕内特创立放射性示踪原子法德国F.克拉特和A.罗莱特制成聚乙酸乙烯酯公元1913年丹麦N.玻尔提出量子力学的氢原子结构理论英国W.L.布喇格和俄国.武尔夫分别得出布喇格武尔夫方程英国F.索迪提出同位素概念美国K.法扬斯发现镤234英国H.G.J.莫塞莱证实原子序数与原子核内的正电荷数相等德国M.博登施坦提出化学反应中的链反应概念英国J.J.汤姆孙和F.W.阿斯顿发现氖有稳定同位素氖20和氖22公元1916年德国W.科塞尔提出电价键理论美国G.N.路易斯提出共价键理论美国I.朗缪尔导出吸附等温方程荷兰P.德拜和瑞士P.谢乐发明 X射线粉末法公元1919年英国F.W.阿斯顿制成质谱仪英国E.卢瑟福发现人工核反应公元1920年德国H.施陶丁格创立高分子线链型学说公元1921年德国O.哈恩发现同质异能素公元1922年捷克斯洛伐克J.海洛夫斯基发明极谱法公元1923年丹麦J.N.布伦斯惕提出酸碱质子理论美国G.N.路易斯提出路易斯酸碱理论英国P.德拜和德国E.休克尔提出强电解质稀溶液静电理论公元1924年德国W.O.赫尔曼和W.黑内尔制成聚乙烯醇法国 L.-V.德布罗意提出电子等微粒具有波粒二象性假说公元1925年美国H.S.泰勒提出催化的活性中心理论公元1926年奥地利E.薛定谔提出微粒运动的波动方程丹麦N.J.布耶鲁姆提出离子缔合概念公元1927年苏联H.H.谢苗诺夫和英国C.N.欣谢尔伍德分别提出支链反应理论德国H.戈尔德施米特提出结晶化学规律公元1928年印度C.V.喇曼发现喇曼光谱英国W.H.海特勒、F.W.伦敦和奥地利E.薛定谔创立分子轨道理论德国O.P.H.狄尔斯和K.阿尔德发现双烯合成公元1929年英国A.弗莱明发现青霉素德国A.F.J.布特南特等分离并阐明性激素结构公元1930年英国C.N.欣谢尔伍德提出催化中间化合物理论公元1931年美国H.C.尤里发现氘（重氢）美国L.C.鲍林和J.C.斯莱特提出杂化轨道理论公元1932年英国J.查德威克发现中子中国化学会成立公元1933年美国L.C.鲍林提出共振论E.春克尔制成丁苯橡胶公元1934年法国F.约里奥居里和I.约里奥居里发现人工放射性英国E.W.福西特等制成高压聚乙烯英国E.卢瑟福发现氚W.库恩提出高分子链的统计理论公元1935年美国H.艾林、英国J.C.波拉尼和A.G.埃文斯提出反应速率的过渡态理论美国W.H.卡罗瑟斯制成聚己二酰己二胺英国B.A.亚当斯和E.L.霍姆斯合成离子交换树脂公元1937年意大利C.佩列尔和美国E.G.塞格雷人工制得锝德国O.拜尔制成聚氨酯英国帝国化学工业公司生产软质聚氯乙烯公元1938年德国P.施拉克制成聚己内酰胺德国O.哈恩等发现铀的核裂变现象公元1939年法国M.佩雷发现钫美国P.J.弗洛里提出缩聚反应动力学方程公元1940年美国E.M.麦克米伦和P.H.艾贝尔森人工制得镎美国G.T.西博格和E.M.麦克米伦等人工制得钚美国D.R.科森和E.G.塞格雷等发现砹苏联.弗廖罗夫和.彼得扎克发现自发裂变公元1941年英国J.R.温菲尔德和J.T.迪克森制成聚对苯二甲酸乙二酯公元1942年意大利E.费密等在美国建成核反应堆美国P.J.弗洛里和M.L.哈金斯提出高分子溶液理论公元1943年美国S.A.瓦克斯曼从链霉菌中析离出链霉素公元1944年美国G.T.西博格、R.A.詹姆斯和L.O.摩根人工制得镅美国G.T.西博格、R.A.詹姆斯和A.吉奥索人工制得锔美国R.B.伍德沃德合成奎宁碱美国G.T.西博格建立锕系理论公元1945年瑞士G.K.施瓦岑巴赫利用乙二胺四乙酸二钠盐进行络合滴定S.鲁宾研究出扣式电池美国J.A.马林斯基和L.E.格伦丁宁等分离出钷公元1949年美国S.G.汤普森、A.吉奥索和G.T.西博格人工制得锫公元1950年美国 S.G.汤普森、K.Jr.斯特里特、A.吉奥索和G.T.西博格人工制得锎苏联.卡尔金提出非晶态高聚物的三个物理状态（玻璃态、高弹态、粘流态）公元1952年美国A.吉奥索等从氢弹试验后的沉降物中发现锿和镄日本福井谦一提出前线轨道理论英国A.T.詹姆斯和A.J.P.马丁发明气相色谱法美国L.E.奥格尔提出配位场理论公元1953年美国J.D.沃森和英国F.H.C.克里克提出脱氧核糖核酸的双螺旋结构模型联邦德国K.齐格勒发现烷基铝和四氯化钛可在常温常压