#sciamblogs 化学日:弥合化学与生物学之间的差距。#sciamchem

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


《大众科学》博客网络上个月的启动 带来了一些有趣且意想不到的后果。 即,David Kroll 观察到,尽管科学博客的多样性有所进步,但在任何主要的科学博客网络上都没有纯粹的化学博主,这引发了一关于谁在写化学博客、他们为什么这样做以及他们在与谁交谈的讨论(务必阅读评论部分!)。 这些对话促使我们 #sciamblogs 在全网络范围内组织化学日,以庆祝我们周围的化学,并强调化学是多么适合写博客。 除了我们网络中选择参与的人之外,Bora 还邀请了许多著名的化学博主在我们的客座博客上全天发帖。

我想以讨论一个常见的误解来开始今天的一天,即化学就是装满彩色液体的试管(有时确实如此;作为一名研究生,我使用乙酸铜,其溶液会变成美丽而明亮的蓝色)和像 p 轨道这样无聊的东西(对那些实际上对轨道感到兴奋的人表示歉意),而且它不可能与有关。 我认为这可能是局外人没有真正注意到化学博客的普遍性的一个重要原因。

正如我在我的介绍性文章中提到的,我为美国化学学会工作。(恰好 2011 年是国际化学年,美国化学学会对此感到非常兴奋。)美国化学学会的标语是“化学为了生活”,我们的使命包括致力于“通过化学的变革力量改善人们的生活”。 我发现这个信息特别贴切,因为我们的生活与化学密不可分,我们每天都理所当然地认为如此。 为了使信息更贴切,这是一个生理学博客,而生理学也无法幸免于这种现象! 事实上,这可以成为生物学家如何在每天使用化学而没有真正思考它的绝佳例子。


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你的身体依靠化学运作。 这是毋庸置疑的。 为了将其降至分子水平:你的身体是水性环境。 你的细胞仅仅是漂浮在更多液体中的液袋。 各种离子和分子进出你的细胞以及在你的细胞之间移动是几乎所有在你体内发生的事情的原因。 以下是一些从分子角度思考你最喜欢的科学博客中的生物化学的方法

你神经细胞中的动作电位负责将信息从你的感觉系统传递到你的大脑,并将指令从你的大脑发送回你的器官和肌肉。 这些动作电位是电信号,由钠离子和钾离子(离子……你知道,化学物质)进出神经元轴突的细胞膜驱动。 一旦信号到达突触,信息就会以神经递质的形式转换为化学信息,神经递质穿过突触间隙,在下一个神经细胞中触发新的动作电位。 神经递质只是另一个微小的分子,对我们的福祉产生巨大的影响。 我们存在的许多重要部分都是所有这些大脑化学的结果,从我们的感官知觉和我们的强迫性欲望到我们的自我意识和我们对他人以及我们如何融入世界的感知

我们的生殖系统也充满了化学物质。 许多人所知的“激素”更准确地称为内分泌素,它们是可能与神经递质非常相似的分子(一些神经递质也充当内分泌素),但它们通过血液传播以影响身体的许多部位,而不仅仅是下一个细胞。 许多人熟悉的经典激素是性内分泌素,如睾酮和雌激素。 这两者都属于一类称为类固醇内分泌素的内分泌素,它们都是胆固醇分子的衍生物。 我们可以看到的这些内分泌素的结果是男性和女性的第二性征;内分泌素驱动女性乳房和臀部的脂肪沉积以及男性肌肉的构建。 它们也有我们看不到但肯定会体验到的结果;另外两种称为卵泡刺激素和黄体生成素的内分泌素负责男性精子的产生和女性月经周期的维持(以及雌激素和孕酮)。 除非我们体内有所有这些化学物质在血液中流动,否则所有这些美妙的(有时不太美妙的)事情都不会发生。

说到内分泌素,褪黑激素是另一种有助于驱动我们昼夜节律的化学物质。 褪黑激素由大脑的松果体在没有蓝光波长的情况下分泌,并且是反馈系统的一部分,该反馈系统导致你在天黑时感到困倦。 你的基因也依靠化学运作。 基因表达通常是将核酸链转化为由氨基酸链组成的蛋白质的结果,所有这些都是化学物质! 你的心肺系统是一条化学高速公路! 血液不仅携带我之前讨论的所有内分泌素,而且还在肺和你的身体组织之间来回携带氧气和二氧化碳。 二氧化碳溶解在血浆中形成碳酸氢根离子和氢离子,多余的氢离子使你的静脉血比动脉血更酸性。 这与你的福祉息息相关,因为如果你无法以足够快的速度摆脱二氧化碳(例如,如果你正在剧烈运动并且你的呼吸频率无法跟上你将氧气转化为二氧化碳的速度),你就会发展为呼吸性酸中毒并在人行道上呕吐。 呕吐会导致你排出大量胃酸(消化系统化学!),然后给你带来代谢性碱中毒。 你身体的 pH 值始终处于微妙的平衡状态,而你的循环系统和呼吸系统是这一切的核心(呃,不是双关语)。

长话短说(为时已晚),化学与我们所有地球生物息息相关。 正如深受喜爱的书呆子漫画xkcd 恰如其分地指出(尽管没有用那么多词),生命本身就是应用化学

今天花一些时间思考你身体的化学。 你感知的每一种感觉、你做的每一个动作、你身体执行的每一个非自主动作都是化学的直接结果。 一个个人轶事:我现在喝的茶含有多酚,多酚与我舌头上的受体结合,我将其感知为略带苦味但味道鲜美的味道(茶还含有许多人因其健康益处而知晓的抗氧化剂,但他们不知道的是抗氧化剂具有自由捐赠电子的特殊化学性质,这就是导致所有这些巨大健康影响的原因(氧化还原反应现象的一部分:更多化学!)。 关于这种味道的信息通过动作电位和神经递质传递到我的大脑,然后我才感知到它! 你今天正在吃、闻、玩、感觉或观看什么,是通过化学的变革力量体验到的?

"Life creates [the Force], makes it grow. Its energy surrounds us and binds us. Luminous beings are we, not this crude matter," Yoda explains in The Empire Strikes Back, gesturing to Luke's physical body. This quote is striking because of the apt juxtaposition of the wonder of life with its often disgusting vessel. Like many other animals, we secrete, excrete, expectorate, defecate, flatulate, regurgitate, urinate, circulate, masticate, menstruate, ejaculate, and ventilate. We are filled with gas and feces and blood and guts and mucus and any number of rude things. Life as we know it is possible because of the countless impolite things we do every day. Are we luminous beings? Perhaps, but that's neither here nor there. This blog is about the crude matter that keeps us alive.

Michelle Clement has a B.Sc. in zoology (with a minor in American culture studies) and a M.Sc. in organismal biology from The Ohio State University. Her thesis research was on the ecophysiology of epidermal lipids and water homeostasis in house sparrows. She now works as a technical editor for The American Chemical Society. Her broader interests include weird human and animal physiology, obesity and enteric physiology, endocrinology, sexual and reproductive health, personal genomics, anthropology (physical and cultural), sociology, and science education and communication. She lives in Ohio with her boyfriend and two cats.

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