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  mmmzzyyy 2006-03-05 00:00:00

  太高深了吧

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  我芯涼我姓楊 2006-03-05 00:00:00

  簡(jiǎn)單說，手性就像左右手一樣，呈實(shí)物與鏡像的關(guān)系，但不能重疊?？赡苁怯捎谟沂中缘慕Y(jié)構(gòu)空間位阻小吧

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  wfp19880322 2006-03-05 00:00:00

  轉(zhuǎn)載手性之謎——向左向右 手性的定義 現(xiàn)在該可以四平八穩(wěn)地談?wù)勈中粤恕? 手性（chirality，＝handedness）一詞源于希臘詞“手”χειρ (cheir)，指左手與右手的差異特征。手性及手性物質(zhì)只有兩類：左手性和右手性。有時(shí)為了對(duì)比，另外加上一種無手性（no chirality）作參照，可稱它為“中性手性”。左手性用learus或者L表示，右手性用dexter或者D表示，中性手性用M表示。 手性可用對(duì)稱性來說明。植物中常見到旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性(有時(shí)叫輻射對(duì)稱性，不準(zhǔn)確)，指的是存在旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸，如東北石竹、矮牽牛、黃瓜的花一般都具有五次旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，花每旋轉(zhuǎn)2π/5=360°/5=72°，自身就重合一次。又如鳶尾科植物常具有3次旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性。此外，還有平移對(duì)稱性、伸縮對(duì)稱性等等，但手性所體現(xiàn)的對(duì)稱性與這些都不同。左手（性）與右手（性）單*平移和旋轉(zhuǎn)不可能使兩者全完重合，必須使鏡像操作才能重合，所以手性對(duì)稱性也叫鏡像反射對(duì)稱性。簡(jiǎn)單說，鏡子中的東西在手性上與原物正好相反。正因?yàn)檫@一點(diǎn)，鏡子用于展現(xiàn)實(shí)物并不算wan美。我不知道別人是否有這樣的經(jīng)驗(yàn)，我一開始按照鏡中圖像操作工具常常把左右搞反，適應(yīng)一會(huì)才成。 我原是學(xué)地質(zhì)學(xué)的，上大學(xué)diyi學(xué)年就要學(xué)《結(jié)晶學(xué)及礦物學(xué)》，用的是武漢地質(zhì)學(xué)院潘兆櫓主編的教材。1984年，礦物學(xué)專家曹老師在北大俄文樓給我們上課，通常用三輪車從北大12樓（現(xiàn)已拆掉）運(yùn)來一車木制模型。課上講晶體對(duì)稱性時(shí)，大家反復(fù)擺弄大大小小的模型。課上學(xué)得晶體有47種單形，其中有5種單形（名字都頗專業(yè)，三方偏方面體、四方偏方面體、六方偏方面體、五角三四面體和五角三八面體）都有“對(duì)應(yīng)體”，即同時(shí)有左形和右形之分。這里不可能專門解釋，你只需知道，現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)從一開始就要接觸手性概念。 在化學(xué)中，組成相同但空間結(jié)構(gòu)上互成鏡像（對(duì)映體）的分子叫手性分子。 手性分子的性質(zhì)有時(shí)差不多，有時(shí)差別極大，對(duì)人而言甚至一種有利一種有害?；瘜W(xué)式為C17H20O的努特卡酮兩種對(duì)映體的柚香竟然相差750倍之多（據(jù)宋心琦的文章，見《國(guó)外科技動(dòng)態(tài)》2001年11期），當(dāng)然這不是全由那種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定的，因?yàn)閷?duì)人的嗅覺起作用的受體也是由手性分子構(gòu)成的，手性匹配才能產(chǎn)生可感受到的嗅覺。一些昆蟲激素也有手性選擇性，某種手性的只能吸引雄性，其對(duì)應(yīng)體則只能吸引雌性。在藥品當(dāng)中，藥品名稱相同但手性構(gòu)型不同時(shí)，藥性也不同。如四米唑的左旋體是驅(qū)蠕蟲藥，而右旋體是抗抑郁藥；甲狀腺素鈉的左旋體是甲狀腺激素，而右旋體是降血脂藥等等（據(jù)苑可、戴立信，《科技術(shù)語研究》2002年2期）。頗有爭(zhēng)議的“反應(yīng)?！?thalidomide)作為人工合成藥，是兩種對(duì)映體的混合物。有人指出其中一種對(duì)應(yīng)體有ZL作用，而另一種可能有害。于是后來的制藥工業(yè)和患者對(duì)藥物的分子手性都很敏感。 手性所能描述的事物極其多樣，大至星系旋臂、行星自轉(zhuǎn)、大氣氣旋，小到礦物晶體、有機(jī)分子、安培電流、弱相互作用的宇稱不守恒等等。在植物學(xué)中，手性也是一個(gè)重要形態(tài)特征，左右對(duì)稱的形態(tài)（如楓葉、兜蘭，但不是對(duì)稱，的對(duì)稱只能在數(shù)學(xué)中找到）及攀緩和纏繞植物的莖蔓旋向，都涉及到手性。對(duì)于螺旋，兩種手性的命名是相對(duì)的，原則上可以任意定義其中一種，則另一種正好與它相反。事實(shí)上，歷史上人們的確給出了不同的定義。20世紀(jì)60年代《知識(shí)就是力量》雜志譯出的蘇聯(lián)的文章，對(duì)左右手性的稱呼與現(xiàn)在流行的叫法正好相反。定義無所謂正確與錯(cuò)誤，關(guān)鍵要說清楚。 關(guān)于螺旋的手性，我們的定義是：伸出一只手，讓大姆指指向螺旋的軸向（不必計(jì)較哪是生長(zhǎng)方向），另外4個(gè)指頭握拳，于是由手掌到4個(gè)指尖有一“前進(jìn)”方向，如果螺旋前進(jìn)方向（不要求是生長(zhǎng)方向，但要求與大姆指方向一致）正好與伸出的左手相符，則此螺旋為左手性的，如果與右手相符則為右手性的。說起來很費(fèi)勁，但看一下圖形，立即就明白了。這與電磁學(xué)中的安培定則(Ampére rule)差不多，安培定則說明了兩種情況：1)載流直導(dǎo)線的電流方向與感生磁場(chǎng)方向。讓右手大姆指指向電流方向，四指的前進(jìn)方向則為磁場(chǎng)方向。2)載流螺線管里的電流方向與螺線管的感生磁場(chǎng)方向。讓右手四指由手掌向手指指向電流方向，則大姆指指向感生磁場(chǎng)的北極。電磁學(xué)右手定則（這時(shí)一般稱Fleming rule）還用于表示電場(chǎng)、磁場(chǎng)與運(yùn)動(dòng)方向三者的一般在系，在閉合運(yùn)動(dòng)導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)生感生電流的例子中，伸出右手，讓右手手掌面對(duì)磁北極，大姆指指向?qū)Ь€運(yùn)動(dòng)方向，則四指指向感生電流的方向。這都是中學(xué)物理的內(nèi)容，在此復(fù)習(xí)一下。 植物手性也可以采用如下定義：在生長(zhǎng)或者運(yùn)動(dòng)的一端，從垂直軸向觀看，若螺旋是順時(shí)針的，則為左手性；若螺旋是反時(shí)針的，則為右手性。這兩個(gè)定義等價(jià)，但第二個(gè)定義遠(yuǎn)沒有diyi個(gè)定義方便實(shí)用，而且容易自己弄混。左手性的螺旋叫左螺旋；右手性的螺旋叫右螺旋。在氣象學(xué)中，定義也是一樣的。在北半球，低壓區(qū)能夠形成左手性的氣旋，高壓區(qū)能形成右手性的氣旋。南半球正好相反。 對(duì)于我后腦袋上的“旋”，相對(duì)于我自己的身體，它是向左手方向旋轉(zhuǎn)的。從我的頭頂上觀看，頭發(fā)是反時(shí)針旋轉(zhuǎn)的。這人“旋”符合右手定則，應(yīng)當(dāng)算右手性！ 庫(kù)克(T.A.Cook)在《生命的曲線》中所用的手性定義與我們的定義等價(jià)，但陳述得極其繁瑣，實(shí)在不敢恭維。《生命的曲線》整本書差不多都在討論旋轉(zhuǎn)與手性，用的都是這樣的約定。 但是正如庫(kù)克所說的，“不過，在這里我要對(duì)植物學(xué)家專用的某種術(shù)語提出強(qiáng)烈的異議。他們把繩索的左旋螺線稱為‘右旋’的說法，是因?yàn)檫@種繩索是慣用右手的人編織而成的。那么把金銀花稱為‘左旋’，理由是什么呢？”的確，我也覺得一些植物書上暗示的定義十分別扭。我們同意庫(kù)克的用法，在這種用法中金銀花是左旋的，即具有左手性。 那么植物界是如何定義手性的呢？陳榮道編著的《怎樣畫植物》（ZG林業(yè)出版社第二版，2002年）中說：“由左向右旋轉(zhuǎn)纏繞的叫做左旋纏繞莖，如牽?；?、紫藤、旋花。從右向左纏繞的叫右旋纏繞莖，如啤酒花、五味子等?！?第144頁)這個(gè)定義本身是不清楚的，什么叫“由左向右”和“由右向左”？這就像某大師千里之外預(yù)測(cè)火箭發(fā)射前向左偏15cm一樣，毫無意義，因?yàn)樗擅庥诒蛔C偽，在一個(gè)方向看偏左，在另外一個(gè)方向看就可以偏右。植物也一樣，必須指定了生長(zhǎng)方向，左與右的概念才明確，否則左就是右，右就是左。但所舉的例子是近似清楚的，因啤酒花和五味子的手性一樣，按我們的定義是左手性，按他說的是右手性。根據(jù)所舉的例子，我們可以猜到他們的定義與數(shù)理科學(xué)的定義正好是相反的，也與我們的定義相反。我們習(xí)慣上稱牽?；ǖ葹橛倚?，啤酒花等為左旋的，詳見下文。之所以說“近似”清楚，是因?yàn)樽咸俚氖中暂^復(fù)雜，由下文可知，紫藤屬的植物既有左手性的，也有右手性的。 數(shù)理學(xué)界對(duì)手性的用法可從歐陽鐘燦和劉寄星寫的《從肥皂泡到液晶生物膜》（湖南教育出版社“科學(xué)家談物理”叢書之一，1994年）得到印證。該書寫道：“地球上所發(fā)現(xiàn)的生物氨基酸分子多見于左旋，一切天然的蛋白質(zhì)都由左旋型氨基酸組成。而由這些左旋分子組成的蛋白質(zhì)和遺傳物質(zhì)DNA卻多數(shù)都有右手螺旋結(jié)構(gòu)。一些生物，如螺旋形細(xì)菌、蔓生植物向上盤繞以及海螺等均以右旋占絕大多數(shù)。”（第127-128頁）該書還用圖形明確示意了所說的左旋與右旋的含義?？梢悦鞔_地說，這與我們的理解完全一致。 在化學(xué)中，手性分子的識(shí)別是通過其光學(xué)特征進(jìn)行的。不同手性的分子具有不同的光學(xué)活性。能使平面偏振光按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的對(duì)映體稱右旋體，記作(+)或者D，反之稱作左旋體，記作(-)或者L。當(dāng)?shù)攘康膶?duì)映體分子混合在一起時(shí)，不再引起平面偏振光的旋轉(zhuǎn)，液體無旋光性，稱外消旋體，記作(±)或者DL。 1953年沃森和克里克提出的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，他們構(gòu)造出一個(gè)右手性的雙螺旋結(jié)構(gòu)。當(dāng)堿基排列呈現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)時(shí)分子能量處于Z低狀態(tài)。沃森后來撰寫的《雙螺旋：發(fā)現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)的故事》（科學(xué)出版社1984年出版過中譯本）中，有多張DNA結(jié)構(gòu)圖，全部是右手性的。這種雙螺旋展示的是DNA分子的二級(jí)結(jié)構(gòu)。那么在DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)中是否只有右手性呢？回答是否定的。雖然多數(shù)DNA分子是右手性的，如A-DNA、B-DNA（活性Z高的構(gòu)象）和C-DNA都是右手性的，但1979年Rich提出一種局部上具有左手性的Z-DNA結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在證明，這種左手性的Z-DNA結(jié)構(gòu)只是右手性雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的一種補(bǔ)充。21世紀(jì)是信息時(shí)代或者生命信息的時(shí)代，僅北京就有多處立起了DNA雙螺旋的建筑雕塑，其中北京大學(xué)后湖北大生命科學(xué)院的一個(gè)研究所門前立有一個(gè)巨大的雙螺旋模型。人們?nèi)菀装阉胂鬄镈NA模型，其實(shí)是不對(duì)的，因?yàn)榈袼苁亲笮?，整體具有左手性。就算Z-DNA可以有左手性，也只能是局部的。因此，雕塑造形整體為一左手性的雙螺旋是不恰當(dāng)?shù)模辽儆盟凳綝NA的一般結(jié)構(gòu)是錯(cuò)誤的。 從天文學(xué)到地球科學(xué)，從化學(xué)到生物學(xué)，幾乎處處都有手性顯身影。2001年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)就授予分子手性催化的主要貢獻(xiàn)者。1968年諾爾斯（W.S.Knowles）用過渡金屬元素制造出含手性配體的絡(luò)合物，以它為催化劑，生產(chǎn)出有手性的產(chǎn)物。后來日本名古屋大學(xué)的野依良治開發(fā)出更有效的催化劑。1980美國(guó)的夏普萊斯（B.Sharpless）發(fā)現(xiàn)了氧化反應(yīng)的手性催化劑，極大推動(dòng)了手性藥物的化學(xué)合成。到2000年，的手性藥物銷售額已達(dá)1230億美元，占藥物總銷售額的三分之一。1998年暢銷的500種藥物中，單一對(duì)映體銷售的手性藥物占一半以上。 2002年6月13日英國(guó)《自然》發(fā)表加拿大科學(xué)家杰森（L.Jesson）和（S.Barrett）研究某植物花柱手性的論文，指出兩個(gè)等位基因中的一個(gè)控制花柱的左右，其中向右是顯性的。有人評(píng)價(jià)這一工作具有重要意義。 參考資料：http://www.netsun.com/url/4abadf59d3f5ba65a9fbe287bf275153.html

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