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健康和生命的化学 前 言 化学和化学家的最重要贡献之中，有些是在人类和动物的健康方面。提高健 康水平是医药工业的主要任务，有很多化学家被聘用来创造新药。还有许多的化 学工作也是为人类和动物的健康服务的。例如，化学家制造的杀虫剂能减少疟疾 和其他虫源性疾病的困扰，这对于热带国家，更有重要的意义。用于防止皮肤癌 和日晒灼伤的防晒霜。人造甜味剂对于不能吃糖的人们也是重要的。化学在疾病 的诊断中起着核心的作用。X 光照片是照相工业的一种特殊产品，化学家为此设 计了新的胶片和新的照相过程。磁共振成象技术（MRI ）的发明是核磁共振光谱 应用于化学问题的研究结果。血液和尿的检查是体检项目中的常规项目，它就是 由医药化学家所发明并经其他化学家在分析实验室中完成的。 在本章中，我们将集中讨论两个具有普遍意义的题目：创造新药的药物化学；发 现与生命有关的化学物质及其化学变化的生物化学。 9.1 药物化学在过去对人类健康的贡献 1900 年在美国出生的一名男子的期望寿命只有 47 岁，但是今天出生在这个 国家的一名男子的期望寿命大约是 75 岁。这个难以置信的进步可以主要归功于 药物化学家的贡献。其中最重要的当数抗菌素的开发。 19 世纪 20 年代，细菌感染常导致死亡。后来化学家开始合成许多用于布料 的染料，包括某些带有称做氨磺酰基官能团的化合物。德国科学家 Gerhard Domagk 对多种新得到的化合物进行试验，观察其中是否有可以杀死细菌的化合 物。1932 年，他找到了一种叫做 Prontosil 的红棕色的染料。有效地治愈了受细 菌致命感染的老鼠。于是他用此药对一位因患细菌性血中毒已处于无望状态的孩 子进行了试验，使她得以康复。 在此启发下（Domagk 因此获得了 1939 年诺贝尔生理及医药奖），化学家制 备了许多含有氨磺酰基的新型药物，即磺胺药物、磺胺曾经广为使用，现在有时 仍用于临床。某些药物可以杀死细菌而不伤害人畜的发现，开辟了一个主要的新 研究领域，于是许许多多性能更好的抗菌化合物就此不断地被创造或发现出来。 正如后面将介绍的那样，它们仍然是活跃的研究课题。 生物化学方面的研究已经弄清楚了磺胺能够杀菌同时对人无毒的原因：人和 细菌的生物化学是不同的。细菌要制造叶酸的基础维生素，而磺胺能够阻碍细菌 中制造叶酸的酶；没有叶酸，细菌基因不能存活。人体内没有这种酶，我们可从 食物中获取叶酸。从某种意义上来看，因为人在生物化学方面的缺陷，反而使人 得到安全。这种缺陷是，我们不能制造一种重要的维生素（但是我们可以从食物 中得到它）。 发现磺胺药物的过程称为随机筛选过程。之所以称为随机，是因为不存在任 何合乎逻辑的理由可以期望一种衣用染料会是一种选择性的杀菌剂。如今随机筛 选方法的应用仍然非常普遍。但是，如果有了更多的生物化学信息，药物化学家 也越来越多地用另一种称之为合理药物设计的方法，用以设计和制造具有所期望 的生物效应的特殊分子。有时仍然会发现，有些为了特殊医疗问题作为合理药物 而设计的化合物却失败了，而通过随机筛选后成为其他用途的“非合理设计的” 药物。 磺胺药物的发现，开创了今天的抗生素领域，但是这还不是化学对健康的第 一个贡献。用于表皮创伤的消毒剂，如碘或苯酚比它还要早些，此外还有麻醉剂。 酒精是最早的麻醉剂之一；过去曾经用过让患者在疼痛的手术之前先使之酒醉的 办法。后来发现乙醚更加有效，从而使无痛外科手术和牙科手术成为可能。自那 以后，又发明了许多更好的麻醉剂，包括像普鲁卡因（Novocain ）这样的局部麻 醉剂在内。如果没有麻醉剂，现代的外科手术是不可能实现的。 目前，用来治疗人类各种疾病的药用化合物已基本齐全，虽然对于许多重要 的疾病还不是完全有效。除去抗菌素外，我们现在还有抗病毒剂和抗真菌剂，以 及用于寄生虫病的药物。不过，更好的抗病毒剂和抗霉菌剂仍有需要。我们已经 有了处理中风和心绞痛的药物和用来处理溃疡病的药物。我们也已经有了止痛药 和抗抑郁药，以及处理各种激素缺乏症的化合物。还有抗组胺剂，控制运动疾病 的药物和降低胆固醇的药物。抗癌药和抗爱滋病的药也已经有了，但是这些病还 未能完全控制。正如我们在本章的最后一部分将要看到的那样，有许多目前的工 作是旨在征服它们的。 9.2 新药的设计与发现 主要的方法曾经是，现在仍然是随机筛选法。它仍在应用，但是出现了一 种令人兴奋的新方法，称