生物体是名副其实的化学工厂，包含有大量不同功能的分子，如色素、信息素、防御毒素、荷尔蒙、能量储存和许多其他的用途的分子。目前，人们已经从生物体中分离和鉴定了超过32万种化合物。这些分子被称为天然产物，其中有许多熟悉的名字：叶绿素、咖啡因、维生素C、核黄素和红霉素等。天然产物结构多样，在某些特殊的情况下具有生物活性，是药物筛选和发现的重要资源。
地球的味道：土臭素 Geosmin
土臭素是由土壤中的放线菌产生的，在很大程度上是它产生了"刚下雨"的气味。该分子具有十氢萘结构(两个融合的六元环)，并在其中一个环结处具有叔醇基团。
玫瑰的香：香叶醇 Geraniol
作为玫瑰油(但绝不是唯一的)的主要成分，香叶醇属于被称为萜类化合物的大类分子，从5碳异戊二烯单元建造的，并以数千种不同的方式进行了修改的天然产物。在香叶醇的情况下，有两个异戊二烯单元，使其成为"单萜烯"，在这些分子的命名上有点混乱。玫瑰油的气味很大程度上是由于α -大马烯酮和β -大马烯酮的贡献，也是萜类化合物。香叶醇也被证明是许多萜类和萜类化合物的结构单元，主要是通过香叶醇二磷酸(二磷酸酯是自然界将醇转化为容易离去基团的方式)。
为什么玫瑰花会产生这些分子?答案是这些气味吸引传粉者，如蜜蜂和飞蛾，这些昆虫可以在极低的浓度下检测到这里分子的存在。
辣椒的辣：辣椒素 Capsaicin
由于植物不能及时地逃跑，为了威慑捕食者，它们往往依靠产生特殊的阻碍分子来驱赶入侵者。辣椒素是对辣椒的"辣度"负责的分子，它靶向细胞膜上的受体，当然也会被热、磨损和酸性环境所激活，市售辣椒喷雾剂中也含有辣椒素。
针对苍蝇的性诈骗：9Z三十碳烯
希望交配的昆虫正试图解决与希望吸引传粉者的开花植物相同的问题。为了做到这一点，它们在相当远的距离上发射出可以被其伴侣以极低浓度检测到的特征分子。人们在家蚕蛾中发现了一个单一的信息素蚕蛾醇分子，它可以引起神经反应。昆虫性信息素的发现导致了信息素陷阱的发展，作为杀虫剂的一种流行的替代品。下面的分子是(Z)-9-triosene，是雌性家蝇释放的信息素，用于吸引雄性苍蝇。这种化学物质，商业上称为家蝇引诱剂，被大量合成并用于诱捕雄性苍蝇。
萤火虫的光: 荧光素 Luciferin
萤火虫产生的荧光素与分子氧反应生成不稳定的中间体[ 1,2-二氧环乙烷]，分解并且释放光。含有硫和氮的五元环称为噻唑；当与苯环融合时，它是苯并噻唑(如在左边)；当其中一个双键被移除时，它就是二氢噻唑。
蛙毒素-地棘蛙素 Epibatidine
许多种类的热带青蛙产生有毒的接触毒物，其中地棘蛙素是其中一个例子。这些毒物往往是被称为生物碱的一大类含氮天然产物的一部分。有毒生物碱的产生与青蛙对甲虫和其他昆虫的取食有关，圈养的青蛙不产生毒素。另一个引人入胜的例子是蟾毒素，一种类固醇生物碱，南美洲的土著部落曾经用它们的长矛和箭来捕猎猎物。
有毒植物：氯化筒箭毒碱 Tubocurarine Chloride
另一种来自南美洲的接触毒物(和生物碱)是氯化筒箭毒碱，分离自南美防已属的藤蔓。箭毒通常被称为"咖喱"。注意分子是如何成为盐的：左边的氮是带有形式电荷为+1的季铵盐。这种分子作用是麻痹而不是致死，在更好的替代品(对儿童和孕妇的困扰较小的麻醉剂)被开发出来之前，它被用作麻醉剂使用了几十年。
樱桃和肉桂的气味：苯甲醛和肉桂醛
打开一瓶苯甲醛，你会被樱桃的浓郁、明显的气味吸引，肉桂的气味来自一个非常相似的分子肉桂醛，肉桂醛在苯环和醛之间多了一个双键。
松树和其他针叶树的气味: α和β-蒎烯 Pinene
如果你曾经接触过松节油，你就闻到了蒎烯的气味。这些都是萜烯家族，就像香叶醇一样，每个都是由两个5碳异戊二烯单元组成的，每个单元共有10个碳。那个四元环也许会让你觉得“环张力”的存在，但在自然界中偶尔会发现环丁烷(和环丙烷)。有趣的是，这些分子是由香叶醇生物合成的。
猫薄荷的诱惑：荆芥内酯 Nepetalactone
猫薄荷产生一种香味，在大约三分之二的家猫(和更大的猫科动物)中引起一系列的滚动、抓挠和呼噜声。事实证明，荆芥内酯是一种驱虫剂。对猫的影响是其与猫信息素相似的意外。
鸦片-吗啡 Morphine
吗啡的17个碳原子组成了一个五个环，多个羟基，一个环醚，一个叔胺和5个立体中心，这种分子在三维结构上无疑是十分复杂的。吗啡结构表明，一个十分复杂的分子可以从相对简单的前体氧化而成。苄基异喹啉生物碱网状番荔枝碱的氧化- -不太复杂的分子- -导致形成关键的C - C键，连接苯酚环和最底层的六元环，这在天然产物生物合成中是一个常见的主题。
抗生素-青霉素V （Penicillin V）
亚历山大·弗莱明( Alexander Fleming )在1928年发现他的一个葡萄球菌培养物已经形成了一种真菌，并且真菌周围的菌落已经被破坏。1945年，Dorothy克劳福特Hodgkin利用X射线晶体学阐明了关键抗菌剂的结构。抗生素活性的关键是β-内酰胺环，它抑制细菌细胞壁的形成。这些分子有一个大家族，在分子的左下部分形成酰胺的基团的身份很大程度上不同。图中所示分子(青霉素V )后来由麻省理工学院John希恩及其同事于1951年合成。
番茄的颜色-番茄红素 Lycopene
在化学和物理学的十五种颜色成因中，最熟悉的一种是由分子轨道引起的颜色。具有π键的分子可以吸收一个光子，对应于它们的最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO)之间的能量差(ΔE)。对于像乙烯这样具有一个双键的分子，这需要非常高能量的光子。然而，这种能隙随着π体系中共轭π键数量的增加而减小。番茄红素是萜烯家族的40碳成员，具有10个共轭双键。番茄红素所需光子的波长在可见光谱的蓝色区域，蓝光被吸收，而我们看到的是未被吸收的互补的红色。
鹿的交流方式：跗骨信息素 Pheromone
雄性黑尾鹿从它们的跗腺发出信息素。主要成分为下面的不饱和内酯。从这个腺体发出的气味为每只鹿提供了一个标识符，便于鹿识别熟悉的鹿还是陌生的鹿，这一点在狗的身上也类似，所以才会有狗狗互相闻屁股的场面。
转自：“国家纳米科学中心”微信公众号
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