2016年8月31日 星期三

漿衣服的澱粉(starch)

玉米澱粉。圖片來源:Wiki

許多字都有它的來源,而追溯字源往往會發現當年人們的生活,很有趣呢!

如澱粉(starch)其實源於日耳曼語,追溯到源頭則是印歐語的 stark,意為「強化、變硬」(strengthen, stiffen),指得是用來漿衣服的澱粉水。現在不皺免燙的人造纖維衣服很容易取得,大家可能都沒有穿過「漿」過的衣服了;以前筆者小的時候,雖然小孩不需要穿漿過的襯衫,但是媽媽還是都會把床單漿過以後再鋪。剛漿好的床單好硬,躺下去還覺得刺刺的挺不舒服;等到覺得軟軟的很舒服的時候,媽媽可能又要洗床單了。漿好的衣料硬挺,省去熨燙衣服的麻煩,但是卻不大舒適;等到「不皺免燙」的衣服出現以後,雖然還有人會燙衣服,但卻已經看不到漿衣服了。

而專業字彙裡面用來形容澱粉則有兩個字:直鏈澱粉(amylose)與支鏈澱粉(amylopectin)。兩個字有個相同的開頭 amyl-,這個字根(root)源自於希臘文的 amylon,原來寫作  amulos,意思是「不用磨、沒有磨」。字首 a- 是反義字首,而後面的 mule是「磨石」(millstone)。原來以前是以新鮮穀粒製作澱粉,穀粒並不不磨碎,所以寫為 amulos,用來形容澱粉的製作過程。不過到了現代,製作澱粉時還是會先把穀粒弄碎、甚至會磨呢。

澱粉是由α-D-葡萄糖(α-D-glucose)所組成的聚合物,因為由α-糖形成的聚合物不會形成如β-糖聚合物那樣多的分子內氫鍵與分子間氫鍵,使澱粉呈現螺旋狀的構造。

也是這個螺旋狀的構造,在我們滴碘液到澱粉上時,三碘離子(triiodide,I3-)會經由與澱粉螺旋狀的構造形成藍紫色的錯合物。當我們以澱粉酶(amylase)水解澱粉時,螺旋狀的構造被破壞,於是藍紫色就消失了。

澱粉是植物用來儲存養分的形式。雖然我們說「直鏈」澱粉、「支鏈」澱粉,但是現在知道有些「直鏈」澱粉還是有少許的分支。一般植物裡面的澱粉大概有20-25%是直鏈澱粉,其餘是支鏈澱粉。

直鏈澱粉與支鏈澱粉的比例,對米飯的口感影響很大。直鏈澱粉較多的米,口感較乾鬆(如俗稱在來米的秈米);而支鏈澱粉較多的米,口感就會比較較黏韌。像稉米(也就是俗稱的蓬萊米)就屬於這類的米。 至於糯米,因直鏈澱粉的含量極低(少於5%),口感比稉米更軟黏;但是支鏈澱粉分解時,除了需要澱粉酶以外,還要極限糊精酶(limit dextrinase)來切開分支處的α(1→6)糖苷鍵,所以糯米比較不好消化是真的,可不是為了怕你吃太多粽子講來嚇你喔。

由於直鏈澱粉大多沒有分支或僅有少許分支,雖然以重量來看植物儲存的澱粉只有20-25%是直鏈澱粉,但以分子數目來看,直鏈澱粉的數量是支鏈澱粉的150倍!不同的植物的澱粉顆粒大小也有不同,如稻米的澱粉顆粒只有 2 微米(μm),但馬鈴薯的卻可達 100 微米喔!

由玉米澱粉分解轉化後產生的果糖(fructose),對現代食品工業有很大的影響呢!

參考資料:

Wikipedia. Starch.

Pierre Avenas (ed.). Etymology of Main Polysaccharide Names. The European Polysaccharide Network of Excellence (EPNOE), DOI. 10.1007/978-3-7091-0421-7_2 Springer-Verlag Wien 2012.

2016年8月30日 星期二

鎂(magnesium)

鎂。圖片來源:Wiki

大家在學習鎂(magnesium)這個字的時候,是否覺得它跟磁鐵礦(magnetite)以及錳(manganese)都長得很像呢?筆者花了好久的時間才把鎂與錳這兩個字的拼字與發音弄清楚。為什麼它們長得那麼像是因為,鎂這個字源自希臘的色薩利大區(Thessaly)的馬格尼西亞州(Magnesia),當地產鎂、磁鐵礦以及錳。在當地一開始都是用manganese來稱呼所有黑色的礦石,專用於稱呼錳是後來的事了。

第一次分離出鎂的人是英國的化學家韓福瑞‧戴維(Humphry Davy,1778-1829),他在1808年用氧化鎂(magnesia)與氧化汞(mercuric oxide)得到鎂。原先戴維想要吧把鎂命名為「magnium」,不過後來使用的名稱並非他建議的字。

鎂是宇宙中含量第九高的元素,也是地殼中含量第八高的;若以整個地球來看,鎂是含量第四高的(僅次於鐵[iron]、氧[oxygen]與矽[silicon]),佔整個地球的13%。鎂同時也是海水中含量第三高的元素,僅次於鈉(sodium)與氯(chlorine)

鎂是非常活潑的元素,在自然界只能找到二價鎂(Mg2+)與其他元素形成的化合物。工業上製造鎂都是以含鎂的鹵水電解得來,在工業上鋁鎂合金因為重量輕、強度高,常用在飛機與汽車的零組件上;也因其質量輕,具有良好熱傳導能力,故常用於需重視散熱的電子器材。它普遍用於手提電腦的外殼。

人體中也含有相當多的鎂(第九高),在細胞的能量貨幣,腺核苷三磷酸(ATP),與酵素互相作用時,須要鎂離子來作為中介者。因此我們的制酸劑有些也會使用鎂鹽,如此一來不但中和了胃酸,也補充了鎂離子。

鎂對植物來說也是必需元素,植物的葉綠素(chlorophyll)就是含有鎂的色素。如果沒有葉綠素,就沒有光合作用,那我們就慘了!缺鎂的植物會出現葉脈之間的區域變黃(interveinal chlorosis)的現象,而且會先出現在成熟的葉片上。

鎂離子有個酸味,有些天然的礦泉裡面含有鎂鹽,所以喝起來有點酸酸的。在1618年有位英國埃普瑟姆(Epsom)地區的農夫發現他的牛拒絕喝來自當地一口井的水,農夫喝了發現井水苦苦的,但是後來卻發現那口井的水對於抓傷與疹子有療效!後來才知道是因為井水中含有水合硫酸鎂(MgSO4·7 H2O),也被稱為瀉鹽(Epsom salts),因它可以助瀉。無水硫酸鎂可以作為乾燥劑。

參考資料:

Wikipedia. Magnesium.

2016年8月29日 星期一

纖維素(cellulose)

纖維素。圖片來源:Wiki

纖維素(Cellulose)的名稱,是在1835年由法國化學家安塞爾姆·佩恩(Anselme Payen,1795-1871)根據法文的細胞加上糖的化學字尾來命名的。佩恩在1838年發現了纖維素,他將木頭以硝酸與鹼處理,得到的不溶物就是纖維素(可溶的部分後來發現是木質素 [lignin]),這項發現在1839年確認。為了要表彰佩恩的貢獻,美國化學學會(American Chemical Society)的纖維素和可再生材料部(Cellulose and Renewable Materials Division)設立了一個安塞爾姆·佩恩獎(the Anselme Payen Award),從1962開始到現在,每年選出一名得獎人。纖維素的結構則是在1920年由赫爾曼·施陶丁格(Hermann Staudinger,1881-1965)確認。

雖然根據EPNOE(The European Polysaccharide Network of Excellence)的資料,提到纖維素的名稱來自於1840年安東尼·德·朱西厄(Antoine de Jussieu)的植物學課程,因為纖維素是細胞壁的主要成分之一,所以他用了法文的 cellule (意為細胞,源自拉丁文 cellula,小房間)與代表糖的化學字尾 -ose來命名。但是筆者查了很久,發現雖然德·朱西厄這個家族人不少,而且也出了幾位植物學家,可是偏偏沒有一位安東尼·德·朱西厄活到1840年的。所以這部分似乎不大可信...

纖維素除了是細胞壁的主要成分。90%的棉花、40-50%的木頭是纖維素。第一個熱塑性聚合物,賽璐珞(celluloid,1870,俗稱假象牙)是用纖維素製造的。纖維素也可以用來做人造絲(嫘縈,rayon,1890年代)、玻璃紙(cellophane,1912) 。人造纖維素則直到1992年才由小林(Kobayashi)和莊田(Shoda)兩人達成,不過植物在好多億年前已經會做這件事了...。

雖然同樣是葡萄糖(glucose)的聚合物,構成纖維素的單元體是 β-D-葡萄糖而非澱粉(starch)與肝醣(glycogen)的α-D-葡萄糖;這個微小的差別,影響了葡萄糖單元體之間氫鍵的形成,造成大量的分子內氫鍵產生,使纖維素成為直鏈狀的分子。而大量的分子間氫鍵,使得纖維素不溶於水;由於動物只分泌澱粉酶(amylase),無法水解 β(1→4)糖苷鍵,因此除了牛、白蟻這些動物因為腸道內有細菌或原生動物協助牠們將纖維素發酵並分解之外,對人類來說,纖維素只是協助糞便成形排出的「膳食纖維」(dietary fiber)罷了。除了細菌與原生動物之外,真菌也能夠分泌分解β(1→4)糖苷鍵的酵素(稱為纖維素酶 cellulase)。

目前工業上纖維素最大宗的用途還是在於製作紙板與紙張,雖然近年來以纖維素製作酒精取代石油的想法非常熱門,但目前纖維酒精的製作成本依然偏高,要成為大眾可負擔的燃料還需要再努力。

參考資料:

Wikipedia. Cellulose. De Jussieu.

Pierre Avenas (ed.). Etymology of Main Polysaccharide Names. The European Polysaccharide Network of Excellence (EPNOE), DOI. 10.1007/978-3-7091-0421-7_2 Springer-Verlag Wien 2012.

Online Etymology Dictionary. Cellulose.

2016年8月28日 星期日

硫(sulfur)

硫。圖片來源:Wiki

硫(Sulfur)的名字源自拉丁文 sulpur,在希臘文寫作 sulphur;原來的意思是「硫磺、地獄之火」。由於有些光合細菌會將硫化氫(H2S)氧化,產生氫離子與元素態的硫;因此雖然在自然界存在的狀態以氧化物或礦鹽居多,元素態的硫還是很容易找到。但也由於這樣,所以以前的人不認為硫是一種元素,直到 1777年,拉瓦節(Antoine Lavoisier,1743-1794)做了許多實驗證明硫無法被分解,才終於說服了科學界硫是一個元素。 而英文的sulfur則是在古典時期結束時才出現的寫法。

用來代表二價硫的字首是 sulf(o)-,硫氫基(-SH)是 thio-,以及 mercapto-。其中字首 thio-源自希臘文 theion,意為「硫」;而 sulf(o)-除了可以代表二價硫以外,還可以代表 -SO2OH這個官能基。

硫是生物的必需元素,胺基酸裡面的甲硫胺酸(methionine)半胱胺酸(cysteine)、胱胺酸(cystine)都有硫,而維他命裡面的生物素(biotin)與硫胺素(thiamine)也是含硫的分子。重要的還原蛋白穀胱甘肽(glutathione)和硫氧還原蛋白(thioredoxin),以及電子傳遞鏈裡面的硫-鐵蛋白(iron–sulfur proteins)也都是含硫的蛋白質。由兩個半胱胺酸所組成的雙硫鍵(disulfide bonds),對蛋白質的結構有重要的影響。

硫是火柴的原料,硫磺用於製火藥,在硝化甘油還沒有被發明之前,硫磺製的火藥與炸藥是重要的爆破物與武器。

參考資料:

Wikipedia. Sulfur.

Online Etymology Dictionary. Sulfur.

Famous Scientists. Antoine Lavoisier.

由麥芽(malt)來的麥芽糖(maltose)

麥芽糖。圖片來源:Wiki

麥芽糖是在1872年由愛爾蘭化學家及釀酒商科尼利厄斯‧奧沙利文( Cornelius O'Sullivan,1841–1907)發現的。因為麥芽糖(Maltose)來自於澱粉(starch)分解反應,而最早的澱粉分解反應來自於將小麥或大麥泡水使其發芽(這個過程稱為 malt)的反應,因此麥芽糖得到了它的名字:malt- (麥芽)與化學代表糖的字尾-ose。

麥芽糖是個由兩個葡萄糖(glucose)構成的雙糖(disaccharide),主要來自直鏈澱粉(amylose)分解的產物。植物裡面有兩種澱粉酶(amylase)負責分解澱粉,α-澱粉酶與β-澱粉酶;不過無論是α-澱粉酶或β-澱粉酶,都只能分解直鏈的部分(α(1→4)糖苷鍵)。

人體只會分泌α-澱粉酶。β-澱粉酶只出現在植物(如甘藷、大豆、大麥、小麥)與細菌中。

麥芽糖到了小腸會被麥芽糖酶(maltase)分解為兩個葡萄糖。

麥芽糖在台灣是頗受歡迎的點心,幾年前大受歡迎的麥芽餅乾,將兩塊鹹餅乾中間夾著麥芽糖,鹹鹹甜甜很受歡迎;不過筆者不特別愛甜,加上麥芽糖會黏牙,所以沒有特別喜歡。

參考資料:

Cornelius O'Sullivan. Paper XXI.—On the transformation-products of starch.  J. Chem. Soc., 1872,25, 579-588 DOI: 10.1039/JS8722500579

Wikisource. O'Sullivan, Cornelius (DNB12)

Wikipedia. Maltose.

2016年8月27日 星期六

由草木灰(potash)來的鉀(potassium):為什麼它的元素符號是K?

埋在液態石蠟裡的鉀。圖片來源:Wiki
在閱讀原文書與文獻時,筆者常覺得納悶:為什麼鉀的元素符號是K,但英文名字卻是 potassium!

有些讀者可能會說:那是因為磷(phosphorus)在1669年就發現了,而磷的元素符號就是P,所以鉀就只好用K!不過,也可以另外取個比較一致的名字,沒有必要用了完全不相同的字吧?

我們來看一下鉀的故事。1797年德國化學家馬丁·海因里希·克拉普羅特 (Martin Heinrich Klaproth,1743-1817)在草木灰(potash)裡面找到鉀。當時他把他的發現命名為 kali。到了1809年,德國化學家兼醫師路德維希·威廉·希爾伯特(Ludwig Wilhelm Gilbert,1769-1824)建議把 kali改名為 Kalium(新拉丁文,意為「鹼」,但字源來自阿拉伯文,意為「草木灰」;不過韓福瑞‧戴維(Humphry Davy,1778-1829)則建議命名為「potassium」,源自於 potash。他同時也建議將鈉取名為「Natronium」,而不是戴維建議的「sodium」。顯然最後戴維都贏了,不過因為希爾伯特的建議,最後雖然鉀的名字是potassium,元素符號卻是「K」(Kalium)...這搞得大家好亂啊!

草木灰裡面為什麼會有很多鉀離子呢?其實草木灰裡面當然還有一些其他的東西,不過主要是鉀鹽與鈣鹽,而鈣鹽不溶於水。當初製備鉀的方法其實很簡單,就是把草木灰加上水再加熱蒸發。

鉀只要一接觸到空氣就會很快氧化,所以自然界找不到元素態的鉀。鉀離子(K+)對生物功能非常重要,動物依靠鈉-鉀幫浦(Na+-K+ pump)來維持細胞膜的電位,這是進行神經傳導所必需;植物氣孔(stomata)的開啟與關閉,以及葉枕(pulvini)的膨脹與收縮,也都是由鉀離子的流出與流入開始啟動的。

新鮮水果與蔬菜是很好的鉀來源。

參考資料:

Wikipedia. Potassium.

山梨糖(sorbose)

山梨糖。圖片來源:Wiki

山梨糖(Sorbose)的名字來自於花楸屬(Sorbus)的樹木(俗稱 sorb tree或 rowan)。由於山梨糖由這類的樹中分離出來,所以就把它的名字與化學上表示糖的字尾-ose連在一起,成了sorbose。它是在1852年由法國化學家 Théophile-Jules Pelouze (1807-1867)分離出來的。

花楸樹與其果實。圖片來源:Wiki

山梨糖是酮糖(ketose),甜度與蔗糖相當。工業上常用它來作為合成維生素C的原料。

山梨糖醇。圖片來源:Wiki

山梨糖醇(sorbitol)是常用的甜味劑,是甘露醇(mannitol,請參考甘露糖 mannose)在二號碳的差向異構體(C-2 epimer)。雖然看起來應該是山梨糖的還原,不過在工業上製造多用葡萄糖(來自高果糖糖漿)還原產生。有意思的是,九成三的大腸桿菌(Escherichia coli)都可以代謝山梨糖醇,但聲名狼籍的大腸桿菌O157:H7卻沒有辦法,所以在臨床上可以經過測試代謝山梨糖醇的能力來辨認是否為大腸桿菌O157:H7。

參考資料:

Wikipedia. Sorbose. Sorbitol.

Advances in Sweeteners. By Trevor H. Grenby. Google Books.

J. Pelouze, Ann. Chim. Phys., [3] 35 (1852) 222-235; Compt. Rend., 34 (1852) 377-386.

含糖飲料真的會讓人長不高嗎?

含糖飲料。圖片來源:Wiki

(協同作者:花蓮慈濟醫院 許晉譯醫師)

之前在新聞裡,曾有醫師憂心忡忡地警告大家:喝一杯含糖飲料,生長激素停止分泌二小時!所以,千萬別喝含糖飲料!

消息一出,相信許多家長一定都非常擔心,擔心自己的孩子長不高!為什麼呢?因為現在的孩子,真的非常愛喝含糖飲料;舉凡果汁、汽水、手搖飲料,有些孩子根本不喝水,只愛喝這些...萬一真的長不高怎麼辦呢?

首先,我們先來看一下,我們主要的問題有兩個:
一、含糖飲料是否真的會影響生長激素分泌呢?
二、倘若含糖飲料真的會影響生長激素分泌,就一定會讓我們長不高嗎?

第一個問題的答案是:吃糖的確是可以影響生長激素分泌。從哪裡呢?我們體內有個生長因子稱為IGF-1,當我們吃了含有很多碳水化合物的食物時,胰島素的分泌會使得IGF-1的量上昇,然後IGF-1會去抑制腦下垂體前葉分泌生長激素。在醫院裡,當醫師們想要知道這個人是否有巨人症或肢端肥大症時,會進行一個稱為「生長激素抑制測試」的試驗:首先病人要禁食十到十二小時,接著先抽血,然後喝下一杯糖水,等一至二小時以後,再抽血測量生長激素的分泌是否受到抑制。如果沒有受到抑制,就表示生長激素分泌有問題。

所以吃糖或喝含糖飲料的確可以影響生長激素分泌!不過,這個影響是本來就應該要發生的,所以接下來就是我們的第二個問題了:含糖飲料對生長激素分泌的影響,是否真的會讓我們長不高呢?

為了這個疑問,我們查了很多文獻,發現目前對於含糖飲料的研究,大部分都是著重在造成肥胖以及肥胖的後遺症,如糖尿病、高血壓、高血脂等。至於是不是真的會讓孩子長不高呢?目前沒有肯定的答案。

不過,喝太多含糖飲料造成肥胖,由於脂肪組織會分泌雌激素,而雌激素有催熟生長板、造成生長板關閉的效果,所以也沒辦法說喝含糖飲料對身高發育不會有影響。

其實,含糖飲料還是少喝為妙!雖然目前對於身高的影響還不清楚,但是含糖飲料喝多了會胖,而肥胖造成的影響,最直接的就是糖尿病,跟著來的還有高血壓與高血脂。最近這些年來,常有報導孩子因為每天喝一杯含糖飲料,造成才十幾歲就得了第二型糖尿病...每次看到這樣的新聞,就覺得很難過。孩子的人生還很長,只因為一時貪吃貪喝,最後就得了這種對他一輩子都會有影響的疾病,真的不值得!

最後,如果要長高,最好的辦法是:要維持運動的習慣、不要太晚睡(生長激素分泌的高峰從晚上十點到凌晨三點),飲食要均衡,這樣的話,除了遺傳因素以外,應該就不會有什麼因素阻礙您長高囉!

(本文刊載於2016/7/27國語日報科學版:含糖飲料喝太多 肥胖問題才是隱憂。)

圖片來源:國語日報科學版臉書

2016年8月26日 星期五

從景天科植物萃取出來的景天庚酮糖(Sedoheptulose)

景天庚酮糖。圖片來源:Wiki

景天庚酮糖(sedoheptulose)的名字很特別,它是怎麼來的呢?

長藥八寶的花。圖片來源:Wiki
原來它是由美國農業部化學科的F.B. La Forge與C.S. Hudson在1917年從一種稱做長藥八寶或長藥景天(Sedum spectabile)的景天科植物裡面分離出來的。當初他們注意到在生長季節(五月至九月)的長藥八寶的莖葉提取物含有蠻多的還原糖,而且這個還原糖無法被酵母菌發酵,種種測試指向它可能是戊糖或庚糖。最後他們確認是一種新的庚糖,而且是酮糖(ketose)。

由於是從景天屬(Sedum)植物中分離出來的庚酮糖,所以就用了:

Sedum (景天)+ hept- (七)+ -ul- (代表酮)+ -ose (糖的字尾)。

景天庚酮糖在生物體裡面最重要的角色就是參與了磷酸五碳糖途徑(PPP,pentose phosphate pathway,有缺失就會產生常見的蠶豆症),以及在植物中光合作用的卡爾文循環(Calvin cycle)。

參考資料:

Slovar-Vocab.com. Sedoheptulose.

Useful English Dictionary. Sedoheptulose.

La Forge, F.B., Hudson, C.S., 1917. Sedoheptose, a new sugar from Sedum spectabile I. J. Biol. Chem. 30, 61–77.

從石灰石來的鈣(Calcium)

儲存在惰性氣體裡的鈣。圖片來源:Wiki

鈣的英文名稱「calcium」是來自於英國化學家韓福瑞‧戴維(Humphry Davy,1778-1829)。他在1808年將石灰石(氧化鈣或氫氧化鈣,lime)與氧化汞(俗稱三仙丹,HgO)混合在一起電解後得到鈣。因為從石灰石裡面得到,所以戴維用了拉丁文的石灰石 calx與金屬字尾 -ium合在一起,創造了 calcium這個字,意思就是「從石灰石來的金屬」。代表鈣的字首為 calc(o)-, calc(i)-,一樣來自於拉丁文的calx

鈣離子(Ca2+)是海水裡面含量第五高的離子。前四名分別是鈉(Na+)、氯(Cl-)、鎂(Mg2+)、硫酸根(SO42-)。

鈣對生物最重要的兩個功能是:構成骨頭、牙齒、硬殼的磷酸鈣(hydroxyapatite)以及擔任細胞內重要的信息傳遞分子(Ca2+)。有趣的是,植物的刺也含有鈣質,但絕大部分植物的刺裡面所含的是碳酸鈣與矽;只有少數例外,如刺蓮花科(Loasaceae)植物的刺,所含的鈣質為磷酸鈣。

從紀元前七千到一萬四千年前開始,石灰石就被使用做建築材料;公元前二千五百年前在美索不達米亞就有第一個石灰窯。雖然在1808年就被分離出來,但真正能量產要等到二十世紀。

大理石(Marble)是石灰岩或白雲岩等的變質岩,成分為碳酸鈣,遇酸反應產生鈣離子與二氧化碳。近年工業污染造成酸雨,使得歐洲一些大理石雕刻的古蹟因為淋到酸雨而被腐蝕,變得坑坑疤疤地,就是因為儘管是變質岩,本質還是碳酸鈣,所以遇酸就會反應。

參考資料:

Wikipedia. Calcium.

Online Etymology Dictionary. Calcium.

Hans-Jürgen Ensikat et. al., 2016. A first report of hydroxylated apatite as structural biomineral in Loasaceae – plants’ teeth against herbivores. Scientific Reports. doi:10.1038/srep26073(中文解說請參考「老葉的植物王國:植物有「牙齒」?

2016年8月25日 星期四

與遺傳物質息息相關的核糖(ribose)

β-D-核糖。圖片來源:Wiki

核糖(Ribose)是由埃米爾·菲舍爾(Emil Fischer,1852–1919)在 1891發現的。因為它是 D-阿拉伯糖(D-arabinose)的二號碳的差向異構體(C'2-epimer),所以就用了阿拉伯糖的名字重新排列一下,產生「ribose」這個字。

但是等到「ribose」這個字出現後,由於-ose這個字尾就是「糖」的意思,所以慢慢的rib(o)-就變成一個約定俗成的字首了。如「核糖體」寫作ribosome,其中-some是「體」的意思,加上rib(o)-雖然它不是個真正的字首,但有了ribose這個字,大家還是懂。

去氧核糖。圖片來源:Wiki

核糖是核糖核酸(ribonucleic acid,RNA)的骨架,而去氧核糖(正確名稱為2-deoxyribose,也就是在二號碳上面的)則是去氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)的骨架。DNA是我們的遺傳物質,而RNA除了組成信息RNA(messenger RNA,mRNA)與轉移RNA(transfer RNA,tRNA)以外,有些病毒也使用它作為遺傳物質。

除了做為遺傳物質以及傳遞遺傳信息之外,核糖還構成細胞內重要的電子攜帶者NAD(P)H,細胞的能量貨幣三磷酸腺苷(ATP)也含有核糖,至於細胞內重要的信息傳導物質cAMP與cGMP也都含有核糖。

參考資料:

Wikipedia. Ribose.

2016年8月24日 星期三

氮(nitrogen)

液態氮。圖片來源:wiki

氮(nitrogen)是由蘇格蘭化學家丹尼爾·盧瑟福醫師(Daniel Rutherford,1749-1819)在1772 年發現的。當時他把氮稱為「有害氣體」(noxious air),不過他也說這不是二氧化碳(當時二氧化碳被約瑟夫·布拉克 Joseph Black 稱做fixed air),但與二氧化碳一樣無法幫助物質燃燒,小鼠在裡面也會窒息而死。

當時很多人都研究過氮,包括舍勒(Carl Wilhelm Scheele,1742-1786)、卡文迪什(Henry Cavendish,1731-1810)、普利斯萊(Joseph Priestley,1733-1804)、拉瓦節(Antoine Lavoisier,1743-1794)。 拉瓦節把它稱為「mephitic air」或 azote,後者來自希臘文 azotos,意為「無生氣的」(lifeless)。拉瓦節的 azote後來在法文、義大利文、葡萄牙文、波蘭文、俄文、阿爾巴尼亞文、土耳其文裡面都被採用,但是在英文裡面卻用了 nitrogen。不過,英文的 nitrogen 其實還是從法文來的。在1790年法國化學家 Jean-Antoine Chaptal (1756–1832)因為氮可以從硝石裡面得來,所以用了法文的 nitre (硝石,硝酸鉀 saltpeter)與希臘文字尾-gene(產生)創造了 nitrogen 這個字,意思是「產硝的物質」,然後在1794年正式被英文採用。而字首nitro-可用於與氮氣、硝酸根以及硝酸相關的事物上。

另有一說是說 nitrogen這個字是從希臘文 natron來的,不過 natron是碳酸鈉(sodium carbonate),沒有氮在裡面呢!

由於氮在自然界多以氣體(N2)存在,氮氣的氮原子之間的三鍵使得它極為穩定、不容易被分解;但是它又是組成蛋白質與(去氧)核糖核酸等生物大分子的必要成分,於是人類在邁入農耕後,氮缺乏成為影響農作物產量的關鍵因子。在哈伯法(Haber–Bosch process,1908–1913)被發明以前,人類只能靠著與根瘤菌合作(種植豆科植物)或使用糞肥等方式來提供農作物所需要的氮元素;因此,要說根瘤菌(的固氮反應)是全世界最重要的幾個生化反應之一,一點也沒有誇大喔!

哈伯法的出現讓奧士華法(Ostwald process,1902)變得更為可行。奧士華法將哈伯法的產物-氨(NH3)-經過兩個步驟轉為硝酸(HNO3),可以用作肥料或製造火藥。在第一次世界大戰(World War I,1914-1918)期間,若無哈伯法與奧士華法的發明,德國無法在海外資源被封鎖的狀況下繼續生產火藥,因此這兩個發明造成戰爭的延長是不爭的事實。不過,當戰爭結束後,這兩個方法開始生產便宜的氮肥,使得農作物產量上昇,對人類的生活貢獻也極大。但因為這兩個方法也使得智利硝石(主要成分為硝酸鈉,由海鳥的糞便而來)的生意大受影響,可能也是始料未及的事吧!

參考資料:

Wikipedia. Nitrogen.Ostwald process.

Online Etymology Dictionary. nitro-.

阿拉伯糖(Arabinose)與阿拉伯膠


阿拉伯糖。圖片來源:Wiki

阿拉伯糖(Arabinose)得到這個名字是因為它是由阿拉伯膠(gum arabic)分離出來的。這個字第一次出現是在1889年,關於它最早的文獻,原先查到在Merck Index 上有一篇由歐內斯特·安德森(Ernest Anderson)與莉拉·桑德斯(Lila Sands)在1925年由阿拉伯膠中分離的文獻,最近又查到一篇1904年的文獻(不過抓不到文獻本身的PDF,是在另一篇文獻的參考文獻裡面)。但由於核糖(ribose)的命名是由阿拉伯糖而來,而除了蔗糖(sucrose)以外,通常糖的命名一定是在純化之後;所以推論起來應該是在1889年左右。在「中時健康」的一篇網路文章提到,第一個純化阿拉伯糖的似乎是日本人,或許這是真的,但因為文獻為日文無法查閱?目前只能先這樣了。

阿拉伯膠是由幾種不同的合歡樹(acacia tree)的樹汁(sap)分離出來的。雖然最早是來自於阿拉伯金合歡(Acacia nilotica),不過目前主要來自於 阿拉伯膠樹(Acacia senegal)與Vachellia (Acacia) seyal。 除了阿拉伯糖以外,阿拉伯膠也有很多核糖。核糖是阿拉伯糖二號碳的差向異構體(C'2-epimer),因此它的名字就由阿拉伯糖變化而來的。阿拉伯膠在食品中的作用類似於起雲劑,可以提高食物的濃稠度。

自然界大部分的糖都是以D構形存在於生物體中,但阿拉伯糖在生物體中卻是以L構形較多。在半纖維素(hemicellulose)和果膠(pectin)裡面都可以找到L-阿拉伯糖。

如果懷疑腸道裡面有過多的白色念珠菌(Candida albicans)或其他真菌/酵母菌,可以檢驗阿拉伯糖的濃度。

參考資料:

Wikipedia. Arabinose.

Ernest Anderson, Lila Sands. THE COMPOSITION OF MESQUITE GUM; THE ISOLATION OF d-GALACTOSE AND l-ARABINOSE  J. Am. Chem. Soc., 1926, 48 (12), pp 3172–3177 DOI: 10.1021/ja01691a025

Merriam-Webster Dictionary. Arabinose.

The Merck Index. 13th ed.

E. V. WHITE. Isolation of l-Arabinose. J. Am. Chem. Soc., 1947, 69 (3), pp 715–715 DOI: 10.1021/ja01195a517,文中的參考文獻有 Kiliani and Kohler, Ber., 37, 1210 (1904)

中時健康365。嗜甜有理!你一定要知道的L-阿拉伯糖

2016年8月23日 星期二

碳(carbon)與卡爾文循環(Calvin Cycle)

不同狀態的碳。圖片來源:Wiki


碳(carbon)的名字來自於煤(coal)和木炭(charcoal)。到底是誰發現碳已不可考,羅馬人很早就懂得製作木炭,而據信中國人在紀元前2,500年就知道鑽石了。不過,拉瓦節(Antoine Lavoisier,1743-1794)是第一個證明鑽石也是碳構成的。在1772年,他把木炭與鑽石燃燒,證明它們都只會產生二氧化碳,而且每公克木炭與每公克鑽石所產生的二氧化碳量是相同的。1779年舍勒(Carl Wilhelm Scheele,1742-1786)也證明石墨(graphite)也是由碳構成的,而不是如過去認為是由鉛組成的。

碳的名字也是拉瓦節在1787命名的,法文寫作 charbone,源自於拉丁文 carbonem,意思是「煤、木炭」。字首寫作carb(o)-。

碳有好幾種同位素,其中最穩定的是碳12(12C,佔98.93%)與碳13(13C,佔1.07%)。由於生物體偏好使用碳12,所以在生物體內碳12的比例還要在高些,因此碳12:碳13的比例可以用來判斷地層是否曾被微生物作用過的證據。由於碳12是我們體內主要的元素之一,可能也是最重要的元素,所以在1961年IUPAC(國際純化學和應用化學聯合會,International Union of Pure and Applied Chemistry )把碳12列入原子量標準。

碳的同位素裡面最為人所知道的應該是碳14(14C)。它是自然產生的,在大氣中的濃度約為1 PPT(part per trillion,兆分之一)。因為它的半衰期(half-life)是 5,730 年,而在生物體內的濃度會維持恆定,等到生物死亡後就會隨時間衰減,所以在1949年威拉得·利比(Willard Libby,1908-1980)發展了「放射性碳定年法」(Radiocarbon dating),用來鑑定化石的年代。

除了放射性碳定年法之外,碳14還幫助卡爾文博士(Dr. Melvin Calvin,1911-1997)解出卡爾文循環(Calvin Cycle)。當時卡爾文博士要追蹤二氧化碳在綠藻(Chlorella)裡面的去向,原本使用了碳11(11C),但是碳11的半衰期只有22分鐘,根本來不及分析!幸好在1940年馬丁·卡門(Martin Kamen,1913-2002)與薩姆·魯賓(Sam Ruben,1913-1943)發現了半衰期長得多的碳14,使得卡爾文循環的研究可以順利進行;所以有時候技術不夠進步也會嚴重阻礙科學發展呢!

參考資料:

Wikipedia. Carbon. Carbon-14.

Taiz and Zeiger. Plant Physiology and Development. 6th eds. Sinauer.

Online Etymology Dictionary. Carbon.

木糖(xylose)與木糖醇(xylitol)

木糖。圖片來源:Wiki


木糖(Xylose)是在1881年由芬蘭科學家 Koch從木頭裡面分離出來的,也因為這樣,所以用了希臘文的 xylon(木頭)與化學字尾 -ose來命名。不過木糖真正能以大家可接受的價格(跟蔗糖差不多)出現在市場上,要到1930年了。

木糖在植物裡面的功能包括提供植物結構上的支持,其中最重要的是由β-D-木糖形成聚合物木聚糖(xylan)。在植物的細胞壁裡面並不只有β-D-葡萄糖所形成的纖維素(cellulose)而已,木聚糖也是重要的角色。在樺樹(birch)的細胞壁裡面,木聚糖可佔三成,而雲杉(spruce)與松樹只有9%。

在蛋白質的醣化(glycosylation)反應中,木糖是第一個被加到絲胺酸(serine)或蘇胺酸(threonine)的糖(稱為O-linked glycosylation)。

木糖的熱量低(只有葡萄糖的62.7%)而且沒有令人不適的餘味,所以對糖尿病人來說是不錯的代替品。

不過木糖最受到重視的部分到不是它本身,而是氫化(hydrogenation)後產生的木糖醇(xylitol)。在1970年代的研究就發現,嚼含有木糖醇口香糖,蛀牙發生率比嚼含有蔗糖的口香糖要低。後續的研究發現,木糖醇可以幫助牙齒琺瑯質再鈣化,從而減少蛀牙的發生。細菌會吸收木糖醇,但是卻無法利用(它們只能利用六碳糖),於是這些細菌就被餓死了。

木糖醇。圖片來源:Wiki

當然也因為這樣,做麵包時可不能用木糖醇來代替蔗糖,因為酵母菌也會餓死喔。

參考資料:

Wikipedia. Xylose. Xylitol.

Koch, E., Pharm. Z. Russland, 26, 657 (1886); Ber. them. Ges., Ref., 20, 145 (1887).參考資料來自:Mabel M. Miller and Howard B. Lewis. 1932. Pentose Metabolism I. The Rate of Absorption of D-Xylose and the Formation of glycogen in the Organism of the White Rat after Oral Administration of D-xylose*. J. Biol. Chem.98:133-140

2016年8月22日 星期一

乳糖(Lactose)之乳糖不耐症究竟是怎麼一回事?

乳糖。圖片來源:Wiki
乳糖(lactose)是由半乳糖(galactose)葡萄糖(glucose)所組成的雙糖。

乳糖的名稱是在1843由讓 - 巴蒂斯特·杜馬 (Jean Baptiste André Dumas,1800-1884)命名的,字首 lacto-源自拉丁文 lac,意為「牛奶」(milk),加上代表糖的化學字尾 -ose。

乳糖第一次被分離出來是在1633年,由義大利的Fabrizio Bartoletti 醫師(1576–1630)完成的。後來在1700年,梵諦岡的藥劑師 Lodovico Testi (1640–1707)出版了一本小冊子,聲稱乳糖(當時稱為saccharum lactis)可以緩解關節炎的症狀。1780年舍勒(Carl Wilhelm Scheele,1742–1786)確認乳糖的確是糖的一種,而在1812年海因里希·沃格爾 (Heinrich Vogel,1778-1867)發現乳糖水解會產生葡萄糖。

到了 1856年,巴斯德(Louis Pasteur,1822-1895)將乳糖純化並結晶,而它的結構要等到 1894年由埃米爾·菲舍爾(Emil Fischer,1852–1919) 才解出來。

哺乳動物的乳汁中主要的糖就是乳糖。嬰兒的小腸絨毛上皮可以分泌乳糖酶(lactase,β-D-galactosidase),可以把乳糖分解為葡萄糖與半乳糖,所以具有消化乳糖的能力。等到斷奶以後,如果不再攝食含有乳糖的食物,乳糖酶的分泌就會一直下降。在歐洲、西亞、南亞以及非洲的薩赫勒地區(Sahel belt ),因為動物的乳汁是主食之一,在過去已經篩選出了讓他們到成年都還會分泌乳糖酶的基因,因此他們有七成的人口成年後乳糖酶持續分泌;相對於其他地區(尤其是東南亞與大洋洲)只有少於三成的人口成年後還有乳糖酶分泌。

不分泌乳糖酶的人,一旦攝食含有乳糖的食物,因為無法消化,乳糖到大腸被共生菌叢分解、發酵,產生酸與氣體,產生脹氣、腹瀉等症狀,就是所謂的「乳糖不耐症」(lactose intolerance)。

參考資料:

Online Etymology Dictionary. lactose, lacto-.

Wikipedia. Lactose.

可以抗蛀牙的氟(Fluorine)

液態的氟。圖片來源:Wiki

氟(fluorine)這個名字是在1813年由韓福瑞‧戴維爵士(Sir Humphry Davy,1778-1829)命名的,源自「螢石」(fluorite,以前稱為fluorspar,成分為氟化鈣)。早期冶煉礦石使用螢石來降低熔點,所以螢石被取名為 fluorspar (fluorite),源自拉丁文動詞 fluo (流動),加上化學字尾 -ine。

最早關於螢石用於冶煉的記載是在 1529年的格奧爾格·阿格里科拉(Georgius Agricola,1494–1555)。1810年時,有人提出氟應該是個元素,不過許多人嘗試過純化它,卻發現非常困難。直到1886年法國化學家亨利·莫瓦桑(Henri Moissan,1852-1907)以低溫電解的方式,終於取得了純化的氟。他使用的方法,現在在工業上也還在使用。1907年莫瓦桑死於心臟病,臨終前他承認,氟奪走了他十年的生命。

醫療上氟最為人所知的用途是在牙齒上塗氟來預防蛀牙。到底為什麼塗氟可以預防蛀牙,早期認為氟可以使牙齒琺瑯質的磷酸鈣強度上昇,不過最近的理論認為應該是氟可以幫助小蛀口的琺瑯質加速回復。目前全世界有大約百分之五的人口的飲用水加氟,主要都分佈在美洲(美洲有三分之二的人口飲水加氟)。目前對於飲水加氟的種種爭議,包括在台灣網路上流傳的『氟會在大腦松果體中產生沈積物,並因此影響松果體與退黑激素的正常運作,甚至導致性早熟以及睡眠失調。』這些說法,其實引用的資料都是「高劑量氟」才會產生的問題。但是高劑量氟很少出現在自然環境中,而且幾乎任何東西攝入過量都會中毒,連水喝多了都會水中毒了,更何況是氟呢?台灣目前的飲用水並未加氟喔!如果對相關議題感興趣,歡迎點閱參考資料的「飲用水含氟,你吞得下?」。

至於在工業上氟的用處,主要是用於濃縮鈾(enriched uranium)的製造。所謂的濃縮鈾就是要提升鈾原料中鈾二三五的比例。過去使用的方法是氣體擴散法,將鈾的氟化物(UF6,俗稱 hex)通過半透膜,利用鈾二三五與鈾二三八在分子量上的微小不同將它們分開。冷戰時期主要使用氣體擴散法,但本法已經在2013年正式走入歷史。目前使用的是氣體離心法,一樣是使用 hex,但不使用半透膜,而是讓 hex經過一系列的離心提升鈾二三五的比例。

參考資料:

Wikipedia. Fluorine.

Online Etymology Dictionary. Fluorine.fluor.

謝伯讓。The Cry of All。飲用水含氟,你吞得下?

2016年8月21日 星期日

紫色的碘(Iodine)

碘的蒸汽。圖片來源:Wiki

碘(Iodine)的名成源自希臘文 ioeidēs,意為「紫色」(violet or purple),因為碘蒸汽是紫色的,所以約瑟夫·路易·給呂薩克(Joseph-Louis Gay-Lussac,1778-1850)建議將它命名為Iodine。

雖然碘是給呂薩克命名的,但發現碘的人卻不是他,而是貝爾納·庫爾圖瓦(Bernard Courtois,1777-1838)。庫爾圖瓦是個製硝(saltpeter,火藥的必需成分)的人,在拿破崙戰爭時,硝的需求很高,所以他必需要趕工製造。當時在法國製硝需要的碳酸鈉主要是用諾曼地與布列塔尼一帶的海藻燒成灰後,加水溶解來取得。剩下的不溶物則用硫酸來處理掉。1811年,在某一次趕工製造時,庫爾圖瓦加太多硫酸,結果一股紫色的蒸汽冒上來;他注意到這個蒸汽會在冷的表面上形成暗色的結晶。

雖然很想研究,但是庫爾圖瓦沒有經費可以做,於是他把這些結晶給了他的兩個朋友:查爾斯·伯納德·德索爾姆 (Charles Bernard Desormes,1777–1838) 與尼古拉斯·克萊門特 (Nicolas Clément,1779–1841)除此之外,他也寄了一些給給呂薩克以及安德烈-馬里·安培 (André-Marie Ampère,1775–1836)。1813年11月29日,德索爾姆與克萊門特在法國皇家學院(Imperial Institute of France)的公開演講上公佈了庫爾圖瓦的發現。一週後(12月6日),給呂薩克提出他的看法,認為這個物質若不是新的元素,就是某種氧化物;同時他也建議了這個新元素應該叫做 「Iodine」。

前面提到庫爾圖瓦也寄了一些給安培(沒錯,就是那位對電磁學很有心得的安培),而安培把他收到的樣品分了一部份給英國化學家韓福瑞‧戴維(Humphry Davy,1778-1829). 戴維發現這東西的性質跟他之前研究過的氯(chlorine)很像,而且他認為這個物質應該就是一個新元素。於是他在12月10日寄了一封信給英國皇家科學院(Royal Society of London),聲明他發現了一個新元素。也就是因為這樣,後來戴維與給呂薩克為了誰先發現碘吵起來,不過兩個人都認同庫爾圖瓦是第一個分離出碘的人。

碘是人體必需元素中分子量最高的,而在細菌裡面它是必需元素中分子量第一高的(第二高是鎢)。碘有37種同位素,只有碘127是穩定的,其他都相當不穩定。

動物對碘的需求主要是甲狀腺(thyroid gland),甲狀腺製造兩種賀爾蒙,T4與T3,都有碘在裡面。T3含有三個碘原子,T4有四個。腦下垂體(pituitary)分泌甲狀腺刺激素(TSH)刺激甲狀腺,甲狀腺由血液中吸收碘,釋放T3與T4。甲狀腺素的功能主要是調節代謝速率,缺乏甲狀腺素可使代謝速率下降50%,而甲狀腺機能亢進則可能會使代謝速率上昇一倍。甲狀腺素對兩棲類的變態(由蝌蚪到成體)也很重要。近年在大熊貓的研究發現,大熊貓之所以可以以低熱量的竹子為主食,是因為牠們是天生的甲狀腺機能低下的患者,所以基礎代謝率很低。

飲食中缺碘可以引發甲狀腺腫大(goiter,俗稱大脖子病),海藻是碘很好的來源,不過許多國家也都會在食鹽裡面加碘。筆者小的時候,台灣只販售有加碘的食鹽,後來取消了,造成在2013年國健署的調查中發現,國人大約有五成二出現缺碘的現象,大家在飲食上還是要多留意才是。依國人膳食營養素參考攝取量,19歲以上成人每日需要140微克的碘就足夠了,如果使用加碘的食鹽,應該就可以補充一部份的碘了。

參考資料:

Wikipedia. Iodine.

Miscellaneous999。可愛的大熊貓動作慢,原來也是因為代謝慢的緣故

2015/5/20。逾半數台灣人缺碘 長期恐致疲倦、變胖。蘋果日報。(2013年分析6歲以上共1185人的尿液發現,受檢者的尿液碘濃度中位數為每公升96微克,且約5成2民眾尿液碘濃度低於世界衛生組織(WHO)建議的碘濃度下限每公升100微克。)

看到銀河就要想到半乳糖(galactose)

半乳糖。圖片來源:Wiki

半乳糖(Galactose)的名字就是「牛乳裡的糖」(milk sugar)的意思 ,因為字首 galact(o)-就是「牛乳,乳狀物」的意思,而字尾 -ose代表「糖」。

字首 galact(o)-有個有趣的來源:來自於銀河(the Milky Way)!這個字首直接的來源是希臘文的gala,也就是銀河(galaxy)。古拉丁文裡的銀河寫作「lactea」或「circulus lacteus」,到了晚期寫為「galaxias」(希臘文寫為 galaxiasgalaxias kyklos),都是描述天上銀河的樣子。附帶提一下,現代英文銀河「the Milky Way」其實是從拉丁文的「lactea」翻過來的。

半乳糖是葡萄糖(glucose)在四號碳的差向異構體(C-4 epimer),也就是說,半乳糖與葡萄糖只有在四號碳的官能基的排列是不一樣的。

半乳糖是由巴斯德(Louis Pasteur,1822-1895)在1856年分離出來的,不過在前一年 E. O. Erdmann就發現乳糖(lactose)水解產生的不只有葡萄糖。巴斯德當時把半乳糖叫做乳糖(lactose),後來到了1860年,法國化學家馬塞蘭·貝特洛(Marcellin Berthelot,1827–1907)把它改名為現在的名字。半乳糖的結構一直到1894年才由埃米爾·菲舍爾(Emil Fischer,1852–1919)與羅伯特·莫雷爾(Robert Morrell)定出來。

在自然界半乳糖主要出現在動物的乳汁裡,所以所有的乳製品裡面都可以找到乳糖。人類在泌乳的時候才會產生乳糖,不過乳汁裡面的半乳糖只有29%-41%是從新合成,其他的部分則由飲食中取得,所以正在哺乳的媽媽們要補充一些乳製品喔。

人體代謝乳糖主要是經過萊洛伊爾途徑(Leloir pathway,紀念發現者阿根廷籍法裔生物化學家盧伊斯·弗德里科·萊洛伊爾醫師,Luis Federico Leloir,1906-1987)。萊洛伊爾途徑共有三個酵素,GALK(乳糖激酶,galactokinase)、GALT(galactose-1-phosphate uridyltransferase)與GALE(UDP-galactose-4’-epimerase)。任一酵素缺乏可以導致半乳糖血症(galactosemia),患者出生時沒有症狀,但幾天後,在餵奶後常發生嚴重吐奶及腹瀉,並呈現昏睡狀,由於半乳糖只能在肝臟代謝,之後會有肝脾腫大、黃疸、脫水及體重不增等現象,甚至會因血液感染而死亡,是一種非常嚴重的遺傳疾病,即使不提供任何含有半乳糖的食物,小孩的發育還是受到相當嚴重的影響。在台灣發生率大約是五萬分之一,也是新生兒篩檢的項目之一。

參考資料:

Wikipedia. Galactose.

Online Etymology Dictionary. galacto-

衛生福利部國民健康署遺傳疾病咨詢服務窗口。半乳糖血症(Galactosemia)

2016年8月20日 星期六

產生鹽的鹵素(halogen)

鹵素在英文裡面稱為 halogen,也可以用 halo-這個字首來表示。但是同樣的字首其實是「鹽」(salt)的意思,因為 halo-就是源自於希臘文的 hals,也就是「鹽、海洋」的意思。為什麼會用鹽來形容鹵素呢?

原來是因為當氟(fluorine)氯(chlorine)溴(bromine)碘(iodine)這四個元素與金屬形成化合物以後,會產生類似海鹽的化合物(氯化鈉就是鹽巴啊!),所以在1842年瑞典的化學家永斯·貝吉里斯(Jöns Jakob Berzelius,1779-1848)提出,要把這四個元素家族稱為「鹵素」(halogen)。

halogen的 hal(o)-剛剛已經說過,是「鹽、海洋」的意思,而-gen這個字尾是「產生」(produce),也就是說 halogen是「產生鹽的物質」的意思喔。

永斯·貝吉里斯。圖片來源:wiki
不過,halogen這個詞,並不是貝吉里斯先提出的,在1811年發現氯(Chlorine)的時候,Johann Salomo Christoph Schweigger(1779-1857)本來要把氯稱為halogen,但是後來韓福瑞‧戴維(Humphry Davy,1778-1829)決定把氯命名為chlorine。

雖然當初Schweigger提議命名氯為halogen沒有被採用,不過最後包括氯在內的一群化合物卻全部都被叫做halogen,所以人生真的很難說啊!

參考文獻:

Wikipedia. Halogen.

臭臭的溴(Bromine)

溴。圖片來源:Wiki

溴是在1825與1826分別由Carl Jacob Löwig(1803-1890)與安托萬·杰羅姆·巴拉爾(Antoine Jérôme Balard,1803-1890)分離出來的;但是Löwig雖然比較早發現,卻可能因為當時他正在申請工作,晚了一點發文章,所以被巴拉爾給捷足先登提早發了;隨之失去的是命名的權利(哭~)。

巴拉爾從蒙彼利埃的鹽沼取得的海藻灰(本來要被用來生產碘)中發現溴。當時他把海藻灰用氯飽和後蒸餾,然後就一個性質介於氯和碘的中間的物質。一開始他先試著證明該物質是氯化碘(ICl),但發現沒辦法以後,於是他確信這是一個新的元素,並把它命名為muride(拉丁文的 muria,意為「鹵水」brine)。至於 Löwig則是用以氯飽和的鹽類加入家鄉的礦泉水中,然後用乙醚萃取得到溴的。他用這個成果去申請利奧波德·格梅林(Leopold Gmelin,德國化學家,1788-1853)在海德堡的實驗室的工作,可能是因此決定晚點發表,沒想到就這麼被巴拉爾搶先了。

剛剛提到巴拉爾把溴命名為muride,那麼最後怎麼會叫做Bromine呢?原來當巴拉爾要去法國科學院做口頭發表前,有一位神秘的 M. Anglada 建議他將他新發現的muride改為Bromine。Bromine這個字源自於希臘文的 brómos,意思就是「惡臭」(stench)。巴拉爾把這段故事也寫入了他在化學與物理年鑑(Annales de Chimie et Physique)刊登的文章裡面,所以我們才知道原來在最後他把muride改成了Bromine。也有人說改名是約瑟夫·路易·給呂薩克(Joseph-Louis Gay-Lussac,1778-1850)的主意,他與其他幾位化學家先看過了巴拉爾的成果,並支持他去法國科學院發表,因為溴聞起來很臭所以建議改為Bromide。

自然界的溴不以元素態存在,而是與其他的金屬離子形成鹵素鹽,看起來很像鹽巴。元素態的溴是紅色、有毒且很臭的液體。

工業上多從鹽沼中萃取,生產最多的國家是美國、以色列與中國。溴化物或溴離子則以bromide來表示,或以字首brom(o)-加入字裡面來代表溴。

參考資料:

Wikipedia. Bromine.

甘露糖(mannose)與嗎哪(manna)

甘露糖。圖片來源:Wiki

以色列人從紅海穿過沙漠,解決了飲水的問題以後,接下來的是缺糧的難題。

引用自:聖經故事-摩西故事6 神賜嗎哪

『上帝聽見了以色列人的抱怨,就在雲彩中顯現,對摩西說,他們晚上就會有肉吃,第二天早上就會有糧食充饑。

當天黃昏時,果然有大群的鵪鶉飛來,以色列人唾手可得,美美地吃了一頓肉。第二天早上,他們又發現在營地四周髓隨著露水,鋪滿許多像白霜一樣的小圓物,吃起來像蜂蜜的味道。以色列人見了,彼此詢問「這是什麼東西?」後來以色列將它稱為嗎哪(Manna),意思是「這是什麼東西?」。摩西告訴他們,那是上帝賜給他們的食物,他們可以按照每人的當天食量去拾取。一天之內要吃多少就拿多少。但上帝還特別交待,不可以多拿,因為多拿的食物,留到第二天,就會腐爛。

讀過舊約聖經的朋友們,應該都記得上面這一段故事;是否好奇過什麼是「嗎哪」呢?嗎哪很可能就是生長在南歐、土耳其、敘利亞、黎巴嫩乃至東南亞一帶的木犀科植物梣樹(Fraxinus ornus,俗稱嗎哪樹)。Fraxinus 這一屬的植物共約六十種,都會在晚上的時候泌液,分泌的汁液中含有大量的甘露醇(mannitol)。

自然界有非常多生物會製造與儲存甘露醇作為能量來源,包括上面提到的梣樹、細菌、酵母菌、真菌、海藻、地衣,在海藻中的含量可達20%,而在植物的泌液中可以高達90%!濃度那麼高當然可能就會有「白霜一樣」的狀態,也因為被認為就是聖經裡面的「嗎哪」,所以甘露醇發現(年代不詳,最早的記載是1909年的 J. Russ. Phys. Chem. Soc.)後,就被命名為「mannitol」而它的俗稱就是「嗎哪糖」(manna sugar);而經由甘露醇氧化得到的甘露糖,當然也就跟著叫做「mannose」。

至於聖經裡面提到「多拿的食物第二天就會腐爛」,那是可以預料到的;畢竟植物上本來就有很多細菌、還有真菌的孢子,所以嗎哪並不是無菌的東西。當時又沒有冰箱,糖濃度這麼高的東西,在常溫下擺幾個鐘頭大概就已經開始發酵了,隔天會腐爛也是意料之內的吧。

甘露糖是葡萄糖(glucose)在二號碳的差向異構體(C-2 epimer),也就是說,甘露糖與葡萄糖只有在二號碳的官能基的排列是不一樣的。甘露糖在人體內主要的用途是蛋白質的修飾;很多蛋白質在醣化(glycosylation)時,加上去的醣鏈都含有甘露糖;尤其是N-linked glycosylation。

我們可以由葡萄糖製造甘露糖,也可以把甘露糖轉化成葡萄糖,尿液裡面可以偵測到少量的甘露糖。

參考資料:

五夢網站。聖經故事-摩西故事6 神賜嗎哪

The Merck Index. 13th ed.

Wikipedia. Mannose. Mannitol.

Memidex. Mannitol.

2016年8月19日 星期五

氯(chlorine)與綠


Carl Wilhelm Scheele. 圖片來源:wiki

元素氯(chlorine)首先在1774年由瑞典化學家卡爾·威廉·舍勒(Carl Wilhelm Scheele)用氯化氫(HCl)通過軟錳礦(pyrolusite,二氧化錳)分離出氯:

4 HCl + MnO2 → MnCl2 + 2 H2O + Cl2


軟錳礦。圖片來源:wiki

不過,當時他未能認知到氯是一個元素,誤以為它是從鹽酸得到的氧化物(那時候很多人都認為他拿到的是氧化物)。 不過舍勒也發現了氯的幾個特性:能使石蕊試紙褪色、黃綠色的氣體、可以殺死昆蟲以及類似王水的氣味。

Humphry Davy. 圖片來源:wiki

等到1810年,韓福瑞‧戴維(Humphry Davy)重複了舍勒的實驗,並認為氯就是一個元素。他將氯命名為「chlorine」,因為氯是黃綠色的氣體,而希臘文裡面的「chlōros」就是「黃綠色」的意思。氯化物或氯離子則以chloride來表示,或字首chlor(o)-。

在安甁裡的氯氣。圖片來源:wiki

不過,當時 Johann Salomo Christoph Schweigger本來建議把氯稱為 halogen,不過最後它還是被稱為 chlorine;後來 halogen這個字被用來代表所有的鹵素。

因此,字首 chlor(o)-就被用來代表元素「氯」與顏色「綠」了~

參考資料:

Wikipedia. Chlorine.

有氣味的鋨(Osmium)

鋨。圖片來源:wiki
第76號元素鋨(Os)是所有自然界元素中密度最高的,每立方公分達到22.59克。

鋨在1803年由史密森‧特南特(Smithson Tennant)與威廉·海德·沃拉斯頓(William Hyde Wollaston)共同發現。當時科學家們在研究鉑(Pt,platinum)時,每次用王水(aqua regia)溶解鉑之後,最後都會出現一些不溶於王水的黑色渣滓。約瑟夫‧普魯斯特(Joseph Louis Proust)認為這些黑色的渣滓是石墨,後來也有幾位科學家試圖研究,但都沒有意識到渣滓中含有新的元素,直到特南特取得了更多的渣滓,從中發現了鋨與銥(Ir,iridium)。

特南特把黑色渣滓與氫氧化鈉加熱到紅熱後,再以酸處理得到四氧化鋨(OsO4)。四氧化鋨聞起來有灰煙的味道,於是特南特將它取名為鋨(Osmium)。Osmium來自於希臘文的osme,就是氣味(smell,odor)的意思;英文裡面也用osm(o)-來代表氣味。字尾-ium則是表示金屬。

鋨在自然界常跟鉑、銥等鉑族金屬一起出現,常與鉑、銥等形成合金用於鋼筆的筆尖,可以使筆尖兼具有硬度與耐久力。

參考資料:

Wikipedia. Osmium.

Online Etymology. Osmium.

從醋來的乙酰基(acetyl-)

乙酰基。圖片來源:Wiki

乙酰基(acetyl group,CH3CO2-,一名乙醯基)是由法文 acétique(與醋相關)而來;而法文又是源自於拉丁文 acetum,也就是醋。最早的字源應為 acere(酸)。由於酒精發酵如果條件沒有控制好,讓好氧的醋酸菌(Acetobacterium woodii)繁殖起來,就會得到醋,因此古人對於醋應該是一點也不陌生!事實上,英文的「醋」(vinegar)就是「發酸的酒」的意思;而乙酰基就是醋酸(乙酸,CH3COOH)的一部份,所以也就因此而得名了。

化合物加上乙酰基稱為乙酰化(acetylation),如組成幾丁質的N-乙酰葡萄糖胺(N-acetylglucosamine);在細胞呼吸作用(cellular respiration)中,六個碳的葡萄糖(glucose)先被醣解作用(glycolysis)切為兩個三碳的丙酮酸(pyruvate),再運入粒線體(mitochondria)經過進一步的氧化、去掉一個碳,加上輔酶A(coenzyme A)之後產生乙醯輔酶A(acetyl-CoA),接著進入檸檬酸循環(citric acid cycle,一名克氏循環、三羧酸循環),將所有的能量以電子的型態釋出。

參考資料:

Online Etymology Dictionary. acetic.

Online Etymology Dictionary.vinegar. 英文的「醋」(vinegar)這個字最早在十四世紀早期出現,源自於法文 vinaigrevin:酒,aigre:酸),而法文又源自於拉丁文的 vinum acetum(酒發酸)。

果糖(fructose)

果糖(β-D-fructose)。圖片來源:Wiki

果糖(fructose)是在1847年由Augustin-Pierre Dubrunfaut(1797-1881)發現的。而它的名稱是威廉·米勒(William Miller)在1857年將拉丁文的「水果」 fructus 與代表糖的化學字尾 -ose合在一起,意思就是「水果裡的糖」(fruit sugar)。

如果您聽過「果糖的甜度是蔗糖的1.73倍」或是「果糖比較甜」這些說法,事實上這裡指得是六角環的果糖(fructopyranose)。
五角環(右上)與六角環(右下)的果糖。圖片來源:Wikipedia

五角環的果糖(fructofuranose)在室溫下較為穩定,而它的甜度大約與蔗糖(sucrose)相當。筆者在國外看過販售用於冷飲的果糖,上面就標示是六角環果糖;如果把這種果糖加到熱飲中,六角環就會很快轉為五角環了。

提到果糖,大家最容易想到的就是「高果糖糖漿」(HFCS,high-fructose corn syrup)了。高果糖糖漿在台灣商品名為豐年果糖,另外在飲料上看到的「果糖液糖」等也都是它。

高果糖糖漿的原料是玉米澱粉(corn starch),但是玉米澱粉其實是不含果糖的,究竟它是怎麼變成有果糖的呢?在1965年左右,由日本的産業技術総合研究所( Japanese National Institute of Advanced Industrial Science and Technology,AIST)的高崎美幸(Yoshiyuki Takasaki)在鏈黴菌(Streptomyces)中找到一個熱穩定的木糖異構酶(Xylose isomerase),可以將葡萄糖轉為果糖,而美國愛荷華州的克林頓玉米加工公司(Clinton Corn Processing Company)在1967年取得這個酵素的專賣權並開始販售。玉米澱粉經過酸水解與酵素處理後,可以將葡萄糖(glucose)幾乎轉為果糖,就成為我們熟悉的高果糖糖漿。由於美國生產非常多的玉米,這個酵素的發明,提供了除了當飼料以外的其他用途。而高果糖糖漿因為是液體,在食品加工上比添加蔗糖的成本要低(蔗糖是固體需要加熱),所以很快的就成為受歡迎的原料。

目前市面上可以看到的高果糖糖漿有幾種。HFCS 42(42%是果糖)主要用於飲料、食品加工、玉米脆片及烘焙業。因為果糖在高溫烘焙時也會產生梅勒反應(Maillard reaction,發生於還原糖與胺基酸之間),梅勒反應會讓烘烤的食品變得可口,而果糖的梅勒反應效果比葡萄糖好,所以烘焙業也很愛用果糖。HFCS 55與HFCS 65則主要用於汽水等軟性飲料。

近年有許多研究都指向果糖,認為果糖是造成痛風、腎結石和高血壓等代謝性疾病的主因,但後續的研究發現,主要的問題在於攝取過量的糖而非過量的果糖。有鑑於此,世界衛生組織(WHO,World Health Organization)建議大家將糖的攝取量限制在每日攝取熱量的一成以下。國內的新陳代謝科醫師們,也都建議大家含糖飲料(包括汽水、果汁、手搖杯)以一週一杯(250毫升)為限。

由於蔗糖的一半是果糖,而蔗糖是植物運輸糖類的主要形式,所以所有的植物都會合成果糖。蔗糖在小腸被蔗糖酶分解為果糖與葡萄糖,由於肝臟之外的其他器官無法利用果糖,果糖在小腸吸收後便被運到肝臟進行代謝。有些水果(如蘋果和梨)果糖的含量是葡萄糖的三倍,而果糖的甜度較葡萄糖要高,所以我們會覺得蘋果吃起來很爽口。

參考資料:

Wikipedia. Fructose, High Fructose Corn Syrup.

Online Etymology Dictionary. Fructose.

Miscellaneous 999.果糖可能不是洪水猛獸,但是要健康就不要吃太多糖

2016年8月18日 星期四

燒燙燙的焦磷酸根(pyrophosphate)

焦磷酸根(pyrophosphate)的化學式是P2O74-,而它的結構是(O3P-O-PO34-,立體結構如下:

圖片來源:wiki
phosphate是「磷酸根」,但是前面的pyro-源自希臘文pyro-,意思是「火」。為什麼它要稱為「火」磷酸根呢?既然它是兩個磷酸根連在一起,為什麼不直接就叫做「雙」磷酸根(diphosphate or bisphosphate),而偏偏要叫做「焦」磷酸根(pyrophosphate)呢?

其實兩個磷酸根更常被寫作diphosphate或bisphosphate,但是連接的方式卻不見得都跟「焦」磷酸根一樣。如ADP(adenosine diphosphate,腺苷二磷酸)的兩個磷酸根的連接方式與焦磷酸根有類似的地方,但是果糖1,6二磷酸(fructose 1,6-bisphosphate 或 fructose 1,6-diphosphate)的兩個磷酸根就沒有連接在一起。

ADP。圖片來源:Wiki
果糖1,6-二磷酸。圖片來源:Wiki

所以,為什麼焦磷酸根不寫做diphosphate或bisphosphate呢?

因為在1827年,有位神秘的Mr. Clarke of Glasgow將磷酸鈉(sodium phosphate)加熱到紅熱以後,就產生了它。

磷酸鈉。磷酸鈉有兩種,也不清楚究竟
Mr. Clarke用哪一種。
photo credit: 葉綠舒

應該是因為pyro-除了「火」以外,也有「由加熱而產生的」的意思,所以就被這位神秘的Mr. Clarke命名為pyrophosphoric acid 囉!而中文大概是因為當初是加熱到紅熱,所以就譯為「焦」,因為加熱到紅熱免不了會燒焦嘛!

參考資料:

Wikipedia. Pyrophosphoric acid.

虎鯊的萬里長征

虎鯊。圖片來源:wiki
大家都知道,有些動物會有遷徙行為。候鳥會遷徙、鮭魚會遷徙、帝王蝶會遷徙、海龜也會遷徙,但若說到鯊魚會遷徙,應該是聞所未聞。

不過,沒聽過並不代表沒有這件事。畢竟,追蹤生物的長距離移動,過去限於技術,多半都只針對陸地與空中的生物;海洋的生物,在過去進行得也極為有限。

最近,一個結合了英國與美國的研究團隊,以衛星追蹤24頭虎鯊(tiger shark,Galeocerdo cuvier)數年後發現,虎鯊們冬天多半都在巴哈馬群島(Bahamas)、特克斯島(Turks)、凱科斯群島(Caicos)與安圭拉/聖馬丁群島(Anguilla/Saint Martin)附近過冬,夏天則北游到百慕達(Bermuda)的北方與東北方去度夏(如下圖)。

虎鯊冬天(上圖)與夏天(下圖)的活動區域。
圖片來源:Scientific Reports

幼年的鯊魚遷徙的行為較不明顯,成年的鯊魚就比較規律。成年鯊魚在秋天時開始往南移動,春天時則往北移動。在冬天的時候,鯊魚們多半在墨西哥灣流區(the Gulf Steram)移動,停留在攝氏24-26度的水域中。雖然追蹤的鯊魚們大部分是雄性(20頭),但雌性也呈現了很明確的遷徙行為。雖然鯊魚們都在大西洋移動,但沒有鯊魚游入加勒比海(Caribbean Sea),也沒有鯊魚跨過中大西洋海脊(mid-Atlantic Ridge)。

相對的,較年幼的鯊魚們(共有五頭,二雌三雄)在冬天時仍停留在百慕達群島附近,那裡的水溫在冬天時可以降到攝氏18-20度。其中較為年長的兩條鯊魚,在開始追蹤後的8-11個月也加入了長征的隊伍。這些虎鯊們在大西洋的遷移路徑,最長的可達7,500公里呢!

至於鯊魚們是否有歸巢的行為?目前的觀察結果似乎並不明顯。有些鯊魚比較戀家,總是回到去年過冬的地方;而有些鯊魚似乎只要回到夠溫暖/夠涼快的地方就好,不拘在大西洋的哪裡。

虎鯊在生態系中位於食物鏈的頂端,牠是一種大型的鯊魚,成體可到5.5公尺長,六百公斤重。目前虎鯊在世界自然保護聯盟(IUCN)的紅色名單上屬於「近危」(near threatened),牠有海中之虎的綽號,習慣獨自打獵而非群體行動。

這個研究讓筆者不禁想到,到底有還多少動物我們不了解?或只了解一點點?太多太多了!但是我們滅絕物種的速度也太快了!是否會在我們來不及了解他們之前,他們就一一離開了我們,然後我們也跟著滅亡了呢?

本文版權為台大科教中心所有,其他單位需經同意始可轉載)

參考文獻:

James S. E. Lea, Bradley M. Wetherbee, Nuno Queiroz, Neil Burnie, Choy Aming, Lara L. Sousa, Gonzalo R. Mucientes, Nicolas E. Humphries, Guy M. Harvey, David W. Sims, Mahmood S. Shivji. Repeated, long-distance migrations by a philopatric predator targeting highly contrasting ecosystems. Scientific Reports, 2015; 5: 11202 DOI: 10.1038/srep11202

從葡萄乾來的葡萄糖(glucose)

葡萄糖。圖片來源:Wiki

葡萄糖 (glucose)英文名稱其實就是「甜的糖」的意思,因為字首 gluc(o)- 源自希臘文 glykys,意為「甜」(sweet);gluc(o)- 也可以寫作 glyc(o)-,而字尾-ose就是糖的意思。

第一個發現葡萄糖的人是德國的化學家馬格列夫 (Andreas Marggraf ,1709-1782),他在1747年從葡萄乾(raisins)裡面分離出葡萄糖;所以葡萄糖有個俗稱叫做 grape sugar。「葡萄糖」(glucose)這個名稱是在1838年由法國化學家讓 - 巴蒂斯特·杜馬(Jean-Baptiste Dumas,1800-1884)取的。而葡萄糖的結構則是由德國化學家埃米爾·菲舍爾(Emil Fischer,1852–1919)定出來的,他因為對糖的結構的研究,得了1902年的諾貝爾化學獎(其實他對胺基酸的研究貢獻也很大)。

不論是好氧(aerobic)或厭氧(anaerobic)的生物,都需要葡萄糖作為主要的能量來源。我們的大腦、胚胎組織更是完完全全的依賴葡萄糖!因此,生物發展出不同的儲存葡萄糖的形式;動物與微生物儲存肝醣(glycogen),植物儲存澱粉(starch)蔗糖(sucrose)。肝醣與澱粉全部都由葡萄糖組成,蔗糖則有一半是葡萄糖,另一半是果糖(fructose)。哺乳動物主要運輸的碳水化合物就是葡萄糖,而植物主要運輸的碳水化合物是蔗糖,其中也有一半是葡萄糖;昆蟲運輸的是海藻糖(trehalose),是由葡萄糖構成不具有還原力的雙糖。由於葡萄糖有還原力,使得糖尿病(diabetes)的病人若血糖控制不佳,當血糖(也就是葡萄糖)濃度高時,會開始還原細胞膜上的脂質、蛋白質等,對細胞造成損害;長久下來,如腎臟等器官就會出現問題。

除此了能量的用途之外,植物的細胞壁主要由纖維素(cellulose)構成,而纖維素也是葡萄糖;昆蟲與甲殼類會合成幾丁質(chitin,一名甲殼素),而幾丁質是葡萄糖的衍生物 N-乙酰葡萄糖胺(N-acetylglucosamine)所構成的聚合物。哺乳動物在授乳時期,雌性動物的乳腺會製造乳糖(lactose),乳糖也有一半是葡萄糖(另一半是半乳糖 galactose)。

葡萄糖還可以用來合成維生素C(vitamin C,ascorbic acid),不過人類因為少了中間的某些酵素,所以無法合成,一定要從飲食中取得。由於維生素C主要出現在蔬菜水果中,造成在十六世紀的地理大發現時,遠洋航行常常伴隨著因維生素C不足導致的壞血症(scurvy),後來發現只要帶著檸檬(汁),就可以避免這個問題。

參考資料:

Bioetymology. Glucose.

Wikipedia. Glucose.

Nobel Prizes and Laureates. Emil Fischer - Facts. Nobelprize.org.

2016年8月17日 星期三

氧(oxygen)與「酸」(acid)

元素「氧」的英文是 oxygen,字首是 ox-, oxy-。但是「酸」(sharp, sour, acid)的字首,也是一樣的。為什麼會這樣呢?


拉瓦節。圖片來源:wiki
氧氣是拉瓦節(Antoine Lavoisier,1743-1794)命名的。他透過進行了一連串精巧的實驗,推翻了當時所謂的「燃素」(phlogisticated air)理論。

在1778年,拉瓦節向法國科學院發表了有關燃燒的實驗。在他的文章中,他提到所謂的「燃素」(phlogisticated air)其實並不存在,而是因為這些金屬--如他實驗中的磷、硫、錫、汞等--吸收了空氣中的一種成分。這種成分,可以由加熱氧化汞(red calx,即HgO,俗稱三仙丹)得到。

由於這些金屬的氧化物都具有酸性,所以拉瓦節認為,所有的「酸」裡面都有氧;於是他在1779年正式把被普利斯萊(Joseph Priestley,1733-1804)稱為「去燃素空氣」(dephlogisticated air)的成分命名為「氧氣」:oxygen。因為希臘文中的ox-或oxy-的意思是「酸」(oxys),而-gen則是「產生」的意思。

不過,拉瓦節在法國科學院的報告,招來了許多人的抱怨。包括普利斯萊以及舍勒(Carl Wilhelm Scheele,1742-1786),都在他之前曾經分離出氧氣,但是都沒有確認它是元素(感覺上舍勒錯過了不少東西)。不過,現在大家都還是認為,普利斯萊才是發現氧氣的人。

拉瓦節在法國大革命的恐怖統治時期(Reign of Terror)被捕,原因只是因為他擁有了農場(Ferme générale)向農民收租。當時他的夫人(Marie-Anne Paulze Lavoisier)努力的營救他,提出許多拉瓦節在科學上的重大貢獻,希望政府能讓他繼續他的研究;但是據說當時的法官的回答是:「共和國不需要科學家,也不需要化學家;但是正義不能被延遲!」(La République n'a pas besoin de savants ni de chimistes ; le cours de la justice ne peut être suspendu.(The Republic needs neither scientists nor chemists; the course of justice cannot be delayed.)),於是他在1794年的五月八日上了斷頭臺。

他去世以後,他的夫人努力保存他的筆記本、為他出書,使他在科學上的發現得以被保存與承認。許多他的筆記本,現在都在康乃爾大學(Cornell University)。

參考文獻:

George Johnson。2009。十項最美的實驗。 臉譜出版。

Wikipedia. Antoine LavoisierJoseph Priestley,Marie-Anne Paulze Lavoisier

氫(hydrogen)與水(water)

留意過字首與字尾的人一定會發現,代表氫的字首 hydr(o)-其實也可以用來代表水;而且氫的名稱 hydrogen意為「產生水的物質」。為什麼呢?

氫氣(hydrogen,H2)是由卡文迪什(Henry Cavendish,1731-1810)發現的,在1766年他將金屬片溶在強酸裡,產生的氣泡就是氫氣。雖然也有其他人比他先做這個實驗,但是他是第一個把這些氣體收集起來,發現氫氣可以燃燒的人。

卡文迪什收集氫氣的裝置。圖片來源:wiki
因為氫氣很容易燃燒,所以他把氫氣叫做「易燃空氣」(inflammable air)。「氫氣」(hydrogen)這個名字是拉瓦節(Antione Lavoisier,1743-1794)在1783年命名的,他重複了卡文迪什的實驗,而由於氫氣燃燒後產生水,所以拉瓦節為氫氣取名為hydrogen,是「水」hydr(o)-(希臘文hydor)與「產生」-gen的合體,意思就是「產生水的物質」。

卡文迪什也是二氧化碳的發現者:他將鹼溶在酸中,得到的氣泡就是二氧化碳。他醉心於科學,是個非常害羞的人,在科學上有非常大的貢獻。

參考資料:

Wikipedia. Henry Cavendish,Antione Lavoisier.

從母雞的尿裡面找到的鳥胺酸(ornithine)

鳥胺酸。圖片來源:Wiki
鳥胺酸是由M. Jaffe在1877年從吃了苯甲酸(benzoic acid)的母雞的尿裡面,以鳥尿酸的形式(ornithuric acid,鳥胺酸的氧化)分離出來的。它的結構在1901年由埃米爾·菲舍爾(Emil Fischer,1852–1919)經過化學合成確認。應該是因為從母雞裡面分離出來,所以用了希臘文的鳥(ornithos)來命名。

鳥胺酸與瓜胺酸(citrulline)一樣,是尿素循環(urea cycle)的產物之一。我們用尿素循環將體內的氨轉變為尿素,然後再排出體外。在尿素循環的最後一個反應裡,精胺酸(arginine)被精胺酸酶(arginase)水解,產生鳥胺酸與尿素。然後鳥胺酸被回收,而尿素則排出體外。

參考資料:

Guoyao Wu. 2013. Amino Acids: biochemistry and nutrition. CRC press. ISBN 978-1-4398-6189-9

Wikipedia. Ornithine. Arginase.

Bioetymology. Ornithine.

瓜胺酸(citrulline)與西瓜(watermelon)

瓜胺酸。圖片來源:Wiki

瓜胺酸(citrulline)的名稱來自西瓜(watermelon),因為它是由Koga 與 Odake首先在1914年從西瓜裡面分離出來的。到了1930年,M. Wada再次確認,因此就用了拉丁文的西瓜「citrullus」給瓜胺酸命名了。

瓜胺酸雖然不是必需胺基酸,也不是標準蛋白質胺基酸,但是它是肝臟中的尿素循環(urea cycle)的中間產物,而尿素循環是很重要的代謝途徑。我們經由尿素循環將體內的氨轉變為尿素,然後再排出體外。除此之外,瓜胺酸可以由精胺酸(arginine)產生;精胺酸被一氧化氮合酶(nitric oxide synthase)分解,產生瓜胺酸與一氧化氮(nitric oxide,NO)。這個反應是細胞用來產生一氧化氮、使血管擴張的重要反應。

2 L-arginine + 3 NADPH + 1 H+ + 4 O2 <-->  2 citrulline +2 nitric oxide + 4 H2O + 3 NADP+

有些蛋白質(如組蛋白histone)含有瓜胺酸,但是這些瓜胺酸是在轉譯(translation)完成後再經過精氨酸脫亞胺酶(peptidylarginine deiminases,PADs)將精胺酸瓜氨酸化(citrullination,或稱為脫亞胺化deimination)而產生的。類風濕性關節炎(rheumatic arthritis)的患者常可測到抗瓜胺酸抗體,雖然不知道為何會產生,但因為常可以偵測到,所以已經成為這個疾病的診斷標準之一了。

參考資料:

Wikipedia. Citrulline.

Guoyao Wu. 2013. Amino Acids: biochemistry and nutrition. CRC press. ISBN 978-1-4398-6189-9

2016年8月16日 星期二

苯基(phenyl)

酚。圖片來源:wiki

帶有苯環(benzene)的化合物都會以phen(o)- 或 phenyl- 來表示(如苯丙胺酸 phenylalanine),但是 phenol 其實是酚。

酚是由德國分析化學家弗里德里希·費迪南·龍格(Friedlieb Ferdinand Runge,1795-1867)在1834年由煤焦油(coal tar)中提煉出來。當時龍格把它稱為「Karbolsäure」,意為「煤油酸」。不過那時後提煉出來的酚純度並不高。

真正把酚純化出來的人是法國的奧古斯特·洛朗(Auguste Laurent),他在1841年得到純化的酚,也是他把酚命名為 phene,意思是「苯」(benzene)。七年後(1843),法國化學家查爾斯·弗雷德里克·格哈特(Charles Frédéric Gerhardt)把酚正式定名為 phenol。

在還沒有發現原油(petroleum)之前,酚都是從煤焦油裡面提煉出來的。酚是非常重要的工業原料,包括塑膠、尼龍、清潔劑、殺草劑以及藥品(最有名的就是阿斯匹靈 aspirin)的合成都需要酚,每年需要70億公斤。

參考資料:

Wikipedia. Phenol.

Online Etymology Dictionary. Phenol.

苯(benzene)與苯甲酸(benzoic acid)


苯甲酸。圖片來源:wiki

苯甲酸又名安息香酸,它的名字 benzoic acid是由安息香樹脂(benzoin resin)得來的。在1556年,諾斯特拉達姆士(Nostradamus)以安息香樹脂乾餾取得了苯甲酸。苯甲酸的名字就是這麼來的。

安息香樹脂。圖片來源:wiki

雖然這麼早就拿到苯甲酸,苯的發現卻幾乎要晚了三百年。第一個發現苯的人,是法拉第(Michael Faraday);在1825年,他從合成照明氣體(illuminating gas)後留下的油油的殘漬中分離出苯,但當時他沒有正式為它命名。到了1833年,米切利希(Eilhard Mitscherlich)這位德國化學家用苯甲酸與石灰(lime,氧化鈣)蒸餾得到苯。因為他從苯甲酸得到了苯,所以他用了 benzin 這個字來命名。轉成英文,就成了benzene。

苯甲酸除了是聲名狼籍的食品防腐劑以外,其實因為它可以抑制真菌、酵母菌、細菌的生長,在醫療上的用途也很多。例如香港腳(athlete's foot)的藥膏裡面就含有苯甲酸喔!苯甲酸作為防腐劑,一般用量是0.05%-0.1%,也就是每公斤0.5克到1克。它不可以使用在麵條中,最近(2015/10/2)高雄查獲的陽春麵條含有苯甲酸2.650g/kg,不但是違法使用,用量也已經遠超過許可在其他食物中的最大劑量了。

參考資料:

Wikipedia. Benzene.