生命的分子行为与化学进化

生命起源研究的“战国时代”本世纪七十年代初,有位科学家曾经说过:“生命起源今天还是处在‘战国时代’。谁都在使用各自的种种的材料,到底哪一种可以获得成功,还待于他们的答案”。此说一语破的,对生命起源的研究现状作了绝妙的说明。     

在星际媒介中合成H2NCH2CN分子的理论研究

在早期地球原始化学生命起源过程中, 氨基酸是重要的必需的生物化合物, 生成肽和蛋白. 为了探究一个可能的新的氨基酸起源, 采用密度泛函理论(B3LYP)在6-311++G(d, p) 基组水平上研究了在星际媒介条件下在气相中和在模拟的冰颗粒表面上的化学反应: CH2NH分子和两个异构体分子HNC/HCN通过Strecker合成生成H2NCH2CN(氨基乙氰, 一个重要的苷氨基酸前置分子). 在研究体系中, CH2NH、HCN、HNC 和H2O分子存在于星际密集分子云中, 且早于地球广泛存在. 研究证明, 这些分子之间在星际媒介条件下和在冰颗粒表面上通过Strecker合成路线很容易生成H2NCH2CN. 所以, H2NCH2CN分子在宇宙的星际密集分子云中是广泛存在的. 还讨论了H2NCH2CN分子在新的氨基酸起源中所起的作用, 以及在通过“原始汤”生命起源理论解析早期地球生命起源中可能所起的作用.     

胶原矿化与仿生修复

脊椎动物硬组织（牙和骨）是通过生命系统的矿化过程形成的,其中矿化胶原是这些生物材料的基本结构单元。矿化胶原是由胶原分子与纳米磷酸钙矿物形成的有机-无机复合材料,其所特有的纳米有序多级结构赋予了生物硬组织材料优异的机械性能（如硬度和韧性）。该结构特性和矿化过程可为新型硬组织修复材料制备提供有益的启示。其中,胶原纤维内有序矿化是仿生重构的难点,也是开展硬组织修复的关键。本文综述了骨的分层结构特征、胶原分子的组装和矿化胶原的多级结构特点,胶原分子和非胶原蛋白与磷酸钙材料的相互作用,功能调控分子对胶原和矿物的界面修饰,以及胶原矿化技术在硬组织修复中的应用;指出了目前胶原矿化亟须解决的一些关键问题,如调控无定形矿物进入胶原纤维、胶原矿化速度和程度,大规模有序胶原纤维制备等。     

"信息"到底是什么?--限于无生命、物质和科学领域的讨论

本文在无生命、物质和科学三个限制的前提下讨论“信息”到底是什么.依次论证：（1）自然科学没有能力度量信息的“质”,只能讨论信息的“量”;（2）“信息熵”只是度量信息“量”的概念;（3）在无生命的物质科学领域内,信息熵完全等价于Boltzmann熵,对应于实验中的热熵;（4）运用Occam剃刀原理,信息熵和Boltzmann熵两个名词只能留下其中的任意一个;（5）“熵”取决于体系的微观状态总数,即最终取决于热运动引起的分子核骨架的动态变化.于是,在无生命、物质和科学三个限制的领域内“信息”只是望文生义的产物.     

非手性的酞菁铜分子在Bi(111)表面上的手性特征

利用低温扫描隧道显微镜（LT-STM）研究了酞菁铜（CuPc）分子在Bi（111）表面上的吸附和手性自组装结构。由于较弱的分子-衬底相互作用,我们发现在液氮温度（78 K）下吸附在Bi（111）表面上的单个CuPc分子围绕着分子中心发生旋转,直到遇到其他分子形成团簇为止。随着分子覆盖度的增加,CuPc分子形成了自组装分子单层。高分辨STM图表明,非手性的CuPc分子出现了手性特征：两个相对的酞菁基团发生了弯曲。当覆盖度超过一个分子层,酞菁铜分子的吸附取向由“平躺”转变到“站立”姿态。我们认为,酞菁铜分子的手性起源是由两种因素共同导致的结果：一种是分子-衬底之间的非对称电荷转移,另一种是相邻分子间的非对称性的范德华力作用。     

科学家用简单方法制出单一手性分子

<正>荷兰内梅亨大学天体化学研究人员首次成功制出了具有单一"手性"的类氨基酸分子。这可能揭示地球生命起源之谜,或者像彗星探测器正在做的那样,解释宇宙生命的起源。相关论文发表在《自然-通讯》上。一些分子在化学结构上镜像对称但又不能完全重合,就像人类的左手和右手,"手性"分子和它的镜像称作对映异构体。奇怪的是,自然界只选择了一种手性。比如,DNA由右手螺旋构成,最为常见的糖类葡萄糖也是右手性的。为什么自然如此选择,这一切如何发生,依然成谜。毕竟,在化学家     

核酸性酶(Ribozyme)的发现赢得了1989年诺贝尔化学奖

核酸性酶的发现改变了传统认为酶都是蛋白质的概念.在先有蛋白质还是先有核酸这一长期争论的生命起源的问题上,提出RNA是具有信息和功能两方面作用的分子.     

生命有机磷化学

简要介绍本实验室近年来在生命有机磷化学方面的研究,包括合成方法、反应机理,生命起源及分子进化和功能分子。     

RDF法对非晶态聚醚砜共聚物的近程有序结构研究

用径向分布函数(RDF)研究了聚醚砜共聚物(PES)在r=1.5 nm范围内的近程结构, 结果表明, 分子链间存在近程有序结构, 有序周期约为0.5 nm; 聚醚砜共聚物经退火处理后, 由g(r)图可以看出, 第一个峰变高、变窄; 由G(r)图可以看出, 分子链间第一个有序区内, 分子链间贡献大于链内贡献; 于200 ℃退火处理后有序畴尺寸(rs)略有增大, 原子平均位移(σ)变小, 使得分子链内原子间距分布更加均匀, 相邻分子链间距(rv)变小. 同时透射电镜(TEM)的形态结构分析表明, 经退火处理后, 其聚集态确实形成了某种局部有序的结构.     

十四烷基芳基磺酸盐形成的分子有序组合体

以表面张力法、碘光谱法、水增溶法和相态图法研究了自制的三种十四烷基芳基磺酸盐在不同条件下形成的分子有序组合体(胶束、反胶束和微乳液),并考察了分子结构、溶剂、无机盐和短链醇等对其的影响.结果表明:增加十四烷基芳基磺酸盐分子亲油基支化度,不利于其在水溶液或混合极性溶剂(乙二醇-水)中形成胶束而有利于其在非极性溶剂正庚烷中形成反胶束;溶剂极性的降低,促使表面活性剂溶液由胶束溶液→单体溶液→反胶束溶液转变;无机盐或短链醇的加入促进了水溶液中胶束的形成,且反离子价态数或醇烷基碳原子数越大,越有利于胶束形成;无机盐浓度的增加导致表面活性剂/正丁醇/正辛烷/NaCl/水形成的微乳液体系在一定温度下发生由WinsorI→WinsorIII→WinsorII型的转变.     

光调控分子有序聚集体及其功能化研究进展

双亲分子在溶液中可以缔合形成胶束、囊泡、液晶、乳液等有序分子聚集体。在分子中引入功能性的基团,通过改变分子的结构、浓度或引入外部刺激,可以对有序分子聚集体的类型和性能进行调控。光作为一种绿色可控的清洁能源,是一种理想的外部刺激信号。在双亲分子中引入感光基团,可以通过光照调节有序聚集体的组装,并进一步实现功能性的调控。本文综述了近年来在光调控分子有序聚集体方面的研究及其在生物、传导、纳米材料制备中的应用。同时,对光调控的功能性有序分子聚集体未来的发展前景进行了展望。     

十甲基五元瓜环与几种金属离子配合物的晶体结构

合成了3个十甲基五元瓜环(Me₁₀Q[5])分别与铷离子、铈离子水合物相互作用形成的配合物以及四氯锌根离子存在下形成的单晶体,并测定了其单晶结构。3个配合物均形成以Me₁₀Q[5]为“胶囊体”,水分子为“胶囊”芯材,金属离子或水分子为“胶囊盖”的“分子胶囊”结构,并通过配键或氢键组装形成一维超分子链结构实体。     

干湿循环下癸酸甘油酯的非生物合成及自组装

模拟生命起源前的自然蒸干现象,使甘油和癸酸在近中性混合溶液中发生脱水缩合,生成了原始细胞膜前驱体癸酸甘油酯.随着温度升高到90℃,主产物一癸酸甘油酯的产率可达4.7%.对反应后的样品直接进行再水化时,能观测到形态良好的囊泡,证实生成微量癸酸甘油酯的混合物体系能使两亲分子在更低浓度下自组装形成囊泡.当蒸干体系再水化过程中存在有机物溶质时,溶液体系中的有机化合物能在囊泡形成过程中被封装起来,因而膜结构为生命物质的稳定存在提供了保护场所,蒸干再水化的条件有利于增加细胞生命起源过程中两亲分子的稳定性.     

国家自然科学基金“八五”重点项目“两亲分子有序组合体研究”中期研究新进展

国家自然科学基金“八五”重点项目“两亲分子有序组合体研究”中期研究新进展国家自然科学基金“八五”重点项目“两亲分子有序组合研究”(1993～1996)中期汇报暨学术交流评议会于1995年1月6日在北京中国科学院感光化学研究所召开。     

培养学生辩证唯物主义世界观的基础的几点体会

一、使学生认识世界的客观性辩证唯物主义世界观的基本观点是:“物质第一性,意识第二性”。但是在教学过程中,我们不能把这些观点直接地向学生硬灌。而必须把化学课的讲授和辩证法则联系起来。例如,在开始讲解物质时,就要广泛地联系实际,使学生深刻了解自然界一切物体都是由物质构成的。然后再逐步深入地研究物质的内部构造——物质由分子组成、分子由原子组成、原子由电子和原子核组成、原子核又由质子和中子等组成。因为分子、原子、质子、电子……等小微粒都是不能直接知觉的。当形成这个概念时,如果不能以生动的事例来证明,就很可能把学生引导到唯心主义的道路上去。例如最初介绍原子-分子论时,有的学生就说:“讲了半天原子、分子,到底什么样谁也没看见过,说不定这是科学     

Oligo(rU)_(15)对SDS/DEAB混合胶束向囊泡转化的诱导作用

囊泡是由表面活性剂分子分散在水中形成的具有密闭双分子层结构的球形或者椭球形的分子有序组合体,在生物学、材料学、化学和医药学等领域具有极为重要和广泛的应用~([1-4]).     

荧光探针技术在水溶液两亲分子有序组合体研究中的应用

总结了荧光探针技术在两亲分子有序组合体研究中的应用.在两亲分子有序组合体研究中,荧光技术的应用非常广泛.尤其是荧光探针技术的应用,为两亲分子有序组合体微观信息的获取提供了一个简单便利的渠道.根据荧光探针分子的荧光光谱,如最大发射波长、荧光强度及荧光寿命等参数,可以得到临界聚集浓度、微粘度、微极性等信息;根据探针的荧光猝灭,尤其是时间分辨荧光猝灭技术,可探测有序组合体的聚集数、聚集数变化相应的聚集体转化及表面电荷等信息.近年来发展起来的含荧光基团的两亲分子因其可以对聚集体微环境进行原位检测而引起了了广泛的关注.本文对上述几个方面的相关工作分别作了介绍.     

宇称与手性——丙氨酸（缬氨酸）对映体宇称破缺能差的实验探索

为什么构成生命的蛋白质全由L型氨基酸组成（DNA和RNA全由D核糖组成）,这是至今未解的科学之谜.由Z°玻色子介导的弱中性流宇称破缺被认为是造成生命分子手性起源的主要原因.1991年Salam提出由于Z°相互作用,电子与电子或电子与核子耦合形成库柏对,在其临界低温下玻色凝聚,有可能引起氨基酸由D型向L型的二级相变,并理论预测相变温度为250 K.本文用差分绝热连续加热量热法测定了100～300 K下D-缬氨酸(丙氨酸)和L-缬氨酸(丙氨酸)的Cp－T图,实验发现在270 K有明显的λ型二级相变.用量子磁强计测定了正向与反向1万高斯下直流磁化率行为,显示出D和L型氨基酸不同电子手征性密度特征.利用毛细管手性柱气相色谱分析否定了Salam预言的氨基酸由D型到L型相变的可能性.本文在实验中发现的相变,虽然不是D型到L型相变,但检测出了电弱力宇称不守恒能差在分子水平上的反映.     

有机分子膜层间相互作用对聚集体的影响

有机材料在分子设计与合成方面具有高度可塑性、灵活性及多样性,易于制成各种功能器件．带有电子给体和受体以及、电子体系的两亲类有机分子具有极高的超分子极化率“‘．利用Langmuir－Blodgett（LB）技术可实现有机材料在纳米尺寸上的分子组装,形成高度有序、非中心对称的LB膜以实现大的宏观二阶非线性极化系数．有机分子在LB膜中常常形成聚集体,而聚集体的存在将显著改变膜的宏观光学特性．根据有机分子间相互作用能的类型,聚集体可以分为J一型和H一型两种,分别表现为它们的吸收或荧光光谱‘”相对于单体发生红移或蓝移．近年来…     

细胞无机化学中值得研究的问题

在探索生命奥秘的过程中,生物无机化学研究由分子层次上升到细胞层次是一个必然的趋势,也是解决实际问题的需要.细胞无机化学研究在细胞生命体系中的无机化学反应和探索无机物对生命过程调节或干预的作用和机理,是探索生命体系复杂性研究的重要部分.细胞是保留完整生命活动特征的最小单位,存在周期、分化和受激等状态的不同.从化学的观点,细胞是一个严密设计的分子有序组装体,为一个多靶分子系统,细胞应答表现为由相关反应组合成的复杂过程.细胞无机化学研究包括无机物种在细胞膜上的结合和随后发生的膜结构和功能改变、跨细胞膜和跨生物组织屏障的转运和细胞代谢、细胞中无机化学反应同细胞信号系统的偶联、无机离子与自由基的相互代谢关系以及细胞-无机物固相的相互作用等方面.本文对当前细胞无机化学研究的重点问题进行了讨论.