#sciamblogs 化學日:彌合化學與生物學之間的差距。#sciamchem

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本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點


《大眾科學》部落格網路上個月的啟動 帶來了一些有趣且意想不到的後果。 即,David Kroll 觀察到,儘管科學部落格的多樣性有所進步,但在任何主要的科學部落格網路上都沒有純粹的化學博主,這引發了一關於誰在寫化學部落格、他們為什麼這樣做以及他們在與誰交談的討論(務必閱讀評論部分!)。 這些對話促使我們 #sciamblogs 在全網路範圍內組織化學日,以慶祝我們周圍的化學,並強調化學是多麼適合寫部落格。 除了我們網路中選擇參與的人之外,Bora 還邀請了許多著名的化學博主在我們的客座部落格上全天發帖。

我想以討論一個常見的誤解來開始今天的一天,即化學就是裝滿彩色液體的試管(有時確實如此;作為一名研究生,我使用乙酸銅,其溶液會變成美麗而明亮的藍色)和像 p 軌道這樣無聊的東西(對那些實際上對軌道感到興奮的人表示歉意),而且它不可能與有關。 我認為這可能是局外人沒有真正注意到化學部落格的普遍性的一個重要原因。

正如我在我的介紹性文章中提到的,我為美國化學學會工作。(恰好 2011 年是國際化學年,美國化學學會對此感到非常興奮。)美國化學學會的標語是“化學為了生活”,我們的使命包括致力於“透過化學的變革力量改善人們的生活”。 我發現這個資訊特別貼切,因為我們的生活與化學密不可分,我們每天都理所當然地認為如此。 為了使資訊更貼切,這是一個生理學部落格,而生理學也無法倖免於這種現象! 事實上,這可以成為生物學家如何在每天使用化學而沒有真正思考它的絕佳例子。


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你的身體依靠化學運作。 這是毋庸置疑的。 為了將其降至分子水平:你的身體是水性環境。 你的細胞僅僅是漂浮在更多液體中的液袋。 各種離子和分子進出你的細胞以及在你的細胞之間移動是幾乎所有在你體內發生的事情的原因。 以下是一些從分子角度思考你最喜歡的科學部落格中的生物化學的方法

你神經細胞中的動作電位負責將資訊從你的感覺系統傳遞到你的大腦,並將指令從你的大腦傳送回你的器官和肌肉。 這些動作電位是電訊號,由鈉離子和鉀離子(離子……你知道,化學物質)進出神經元軸突的細胞膜驅動。 一旦訊號到達突觸,資訊就會以神經遞質的形式轉換為化學資訊,神經遞質穿過突觸間隙,在下一個神經細胞中觸發新的動作電位。 神經遞質只是另一個微小的分子,對我們的福祉產生巨大的影響。 我們存在的許多重要部分都是所有這些大腦化學的結果,從我們的感官知覺和我們的強迫性慾望到我們的自我意識和我們對他人以及我們如何融入世界的感知

我們的生殖系統也充滿了化學物質。 許多人所知的“激素”更準確地稱為內分泌素,它們是可能與神經遞質非常相似的分子(一些神經遞質也充當內分泌素),但它們透過血液傳播以影響身體的許多部位,而不僅僅是下一個細胞。 許多人熟悉的經典激素是性內分泌素,如睪酮和雌激素。 這兩者都屬於一類稱為類固醇內分泌素的內分泌素,它們都是膽固醇分子的衍生物。 我們可以看到的這些內分泌素的結果是男性和女性的第二性徵;內分泌素驅動女性乳房和臀部的脂肪沉積以及男性肌肉的構建。 它們也有我們看不到但肯定會體驗到的結果;另外兩種稱為卵泡刺激素和黃體生成素的內分泌素負責男性精子的產生和女性月經週期的維持(以及雌激素和孕酮)。 除非我們體內有所有這些化學物質在血液中流動,否則所有這些美妙的(有時不太美妙的)事情都不會發生。

說到內分泌素,褪黑激素是另一種有助於驅動我們晝夜節律的化學物質。 褪黑激素由大腦的松果體在沒有藍光波長的情況下分泌,並且是反饋系統的一部分,該反饋系統導致你在天黑時感到睏倦。 你的基因也依靠化學運作。 基因表達通常是將核酸鏈轉化為由氨基酸鏈組成的蛋白質的結果,所有這些都是化學物質! 你的心肺系統是一條化學高速公路! 血液不僅攜帶我之前討論的所有內分泌素,而且還在肺和你的身體組織之間來回攜帶氧氣和二氧化碳。 二氧化碳溶解在血漿中形成碳酸氫根離子和氫離子,多餘的氫離子使你的靜脈血比動脈血更酸性。 這與你的福祉息息相關,因為如果你無法以足夠快的速度擺脫二氧化碳(例如,如果你正在劇烈運動並且你的呼吸頻率無法跟上你將氧氣轉化為二氧化碳的速度),你就會發展為呼吸性酸中毒並在人行道上嘔吐。 嘔吐會導致你排出大量胃酸(消化系統化學!),然後給你帶來代謝性鹼中毒。 你身體的 pH 值始終處於微妙的平衡狀態,而你的迴圈系統和呼吸系統是這一切的核心(呃,不是雙關語)。

長話短說(為時已晚),化學與我們所有地球生物息息相關。 正如深受喜愛的書呆子漫畫xkcd 恰如其分地指出(儘管沒有用那麼多詞),生命本身就是應用化學

今天花一些時間思考你身體的化學。 你感知的每一種感覺、你做的每一個動作、你身體執行的每一個非自主動作都是化學的直接結果。 一個個人軼事:我現在喝的茶含有多酚,多酚與我舌頭上的受體結合,我將其感知為略帶苦味但味道鮮美的味道(茶還含有許多人因其健康益處而知曉的抗氧化劑,但他們不知道的是抗氧化劑具有自由捐贈電子的特殊化學性質,這就是導致所有這些巨大健康影響的原因(氧化還原反應現象的一部分:更多化學!)。 關於這種味道的資訊透過動作電位和神經遞質傳遞到我的大腦,然後我才感知到它! 你今天正在吃、聞、玩、感覺或觀看什麼,是透過化學的變革力量體驗到的?

"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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