化學(xué)的繼往開來

化學(xué)的繼往開來

化學(xué)真正被確立成為一門科學(xué)大約在18世紀(jì)后期。工業(yè)革命推動社會生產(chǎn)的空前發(fā)展，給化學(xué)研究提供了必要的實驗設(shè)備和研究課題。燃燒過程在生產(chǎn)中的普遍應(yīng)用，促使人們開始研究燃燒反應(yīng)的實質(zhì)。最初，認為一切與燃燒有關(guān)的化學(xué)變化都可以歸結(jié)為物質(zhì)吸收或釋放一種“燃素物質(zhì)”的過程，而命名為燃素學(xué)說。它對當(dāng)時已知的許多化學(xué)現(xiàn)象作出了定性的解釋，但也還存在著許多的矛盾，如它不能解釋金屬煅燒時，燃素從中逸出后，質(zhì)量反而增加的事實。18世紀(jì)后期，當(dāng)發(fā)現(xiàn)氧氣之后，法國科學(xué)家LavosierAL在實驗的基礎(chǔ)上，證實燃燒的實質(zhì)是物質(zhì)和空氣中的氧氣發(fā)生的化合反應(yīng)。氧化燃燒理論代替了燃素說。Lavosier提出的化學(xué)元素的概念，并揭示了眾所周知的質(zhì)量守恒定律。因此Lavosier被公認為“化學(xué)之父”和化學(xué)科學(xué)奠基人。

19世紀(jì)初，由于化學(xué)知識的積累和化學(xué)實驗從定性研究到定量研究的發(fā)展，關(guān)于化合物的組成也初步得出了一些規(guī)律，如化合物定組成定律以及化合量定律。在這些實驗的基礎(chǔ)上，英國科學(xué)家DaltonJ開始孕育一種關(guān)于“原子”的新思想，他認為物質(zhì)是由不能再分割的原子所組成，原子不能創(chuàng)造也不能消滅，每種元素當(dāng)它與其他元素化合時都是以原子為代表的最小單位一份一份地進行。DaltonJ的原子論合理地解釋了當(dāng)時已知的一些化學(xué)定律，而且開始了原子量的測定工作，并得到了第一張原子量表，為化學(xué)的發(fā)展奠立了重要的基礎(chǔ)?；瘜W(xué)由此進入了以原子論為主線的新時期。

Dalton的原子論對化學(xué)發(fā)展雖有重大貢獻，但由于受當(dāng)時科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的限制，受機械論、形而上學(xué)自然觀的影響，因此它仍存在著一些缺點和錯誤。尤其是在揭示了原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)之后，原子不可分割的論點明顯需要進行修正和補充。另外，他未能區(qū)分原子和分子，因此，Dalton原子論與有些實驗事實之間存在著一些矛盾。

1808年GayLussac通過氣體反應(yīng)實驗提出了氣體化合體積定律：在同溫同壓下，氣體反應(yīng)中各氣體體積互成簡單的整數(shù)比。并且利用剛剛誕生的原子論加以解釋，很自然地得出這樣的結(jié)論：同溫同壓下的各種氣體，相同體積內(nèi)含有相同的原子數(shù)。根據(jù)這個觀點就會得出“半個原子”的結(jié)論，例如由一體積氯氣和一體積氫氣生成了兩體積氯化氫，每個氯化氫都只能是半個原子的氯和半個原子的氫所組成，這與原子不可分割的觀點直接對立，此問題成為GayLussac與Dalton爭論的焦點。為了解決這個矛盾，1811年意大利科學(xué)家Avogadro提出了分子的概念，認為氣體分子可以由幾個原子組成，例如H2，O2，Cl2都是雙原子分子，并且指出：同溫同壓下，同體積氣體所含分子數(shù)目相等。這樣原子學(xué)說和氣體化合體積定律統(tǒng)一起來了。但是，Avogadro的分子假說直到半個世紀(jì)以后才被公認。在1860年國際化學(xué)會議上關(guān)于原子量問題的激烈爭論之際，CannizzaroS在他的論文中指出，只要接受50年前Avogadro提出的分子假說，測定原子量、確定化學(xué)式的困難就可以迎刃而解，半個世紀(jì)來化學(xué)領(lǐng)域中的混亂都可以一掃而清。他的論點條理清楚，論據(jù)充分，迅速得到各國化學(xué)家的贊同，原子分子論從此得以確定。它奠立了近化化學(xué)總體的理論基礎(chǔ)。它指明：不同元素代表不同原子，原子按一定方式或結(jié)構(gòu)結(jié)合成分子，分子的結(jié)構(gòu)直接決定其性能，分子進一步組成物質(zhì)。這個理論基礎(chǔ)在化學(xué)的發(fā)展進程中不斷深化和擴展。元素、原子、分子和原子量，是現(xiàn)代化學(xué)科學(xué)中最基本的幾個概念。

到1869年已有63種元素為科學(xué)家們所認識，測定原子量的工作也有了很大的進展，原子價的概念已得到明確，對各種元素的物理及化學(xué)性質(zhì)的研究成果也越來越豐富。在此基礎(chǔ)上，MendeleevDI和MeyevL深入研究了元素的物理和化學(xué)性能隨原子量遞變的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了元素性質(zhì)按原子量從小到大的順序周而復(fù)始地遞變的周期關(guān)系，并把它表達成元素周期表的形式。元素周期律的發(fā)現(xiàn)對化學(xué)的發(fā)展，特別是對無機化學(xué)的系統(tǒng)化，起了決定性作用。至于元素的發(fā)現(xiàn)及原子量的準(zhǔn)確測定則歸功于經(jīng)典化學(xué)分析的建立和完善，也可以說它們是發(fā)現(xiàn)周期律的實驗基礎(chǔ)。18世紀(jì)末到19世紀(jì)中葉，隨著采礦、冶金工業(yè)的發(fā)展，定性化學(xué)分析的系統(tǒng)化、重量分析法、滴定分析法等逐步完善。最享盛譽的分析化學(xué)家BerzeliusJJ的名著《化學(xué)教程》記載著當(dāng)時所用實驗儀器設(shè)備和分離測定方法，已初具今日化學(xué)分析的端倪。尤其是滴定分析法至今仍有廣泛的實用價值?，F(xiàn)代的儀器分析法雖具有快速靈敏等優(yōu)點，但試樣的預(yù)處理及測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)等仍是與經(jīng)典化學(xué)分析法相輔相成。

1858年KekuléFA總結(jié)出碳原子是四價。這時，關(guān)于有機化合物分子中價鍵的飽和性已經(jīng)比較清楚了。不久碳原子的四面體向價鍵的方向性也被揭示出來。價鍵的飽和性和方向性的發(fā)現(xiàn)，奠定了有機立體化學(xué)。這樣，有機合成就可以做到按圖索驥而用不著單憑經(jīng)驗摸索了。這對有機化學(xué)的發(fā)展是非常重要的，至今它仍然是有機化學(xué)最基本的概念之一。

在19世紀(jì)前期，化學(xué)研究與物理學(xué)、數(shù)學(xué)的發(fā)展存在一定的脫離，阻礙了前進的步伐。而自19世紀(jì)中葉開始，運用物理學(xué)的定律研究化學(xué)體系，闡明化學(xué)反應(yīng)進行的方向、程度和速率等基本問題，取得了可喜的成效，這使人們看到了物理和化學(xué)結(jié)合的重要意義，逐步形成了物理化學(xué)分支學(xué)科。到本世紀(jì)初化學(xué)家對物質(zhì)的認識雖已經(jīng)達到分子和原子的層次，同時總結(jié)出元素周期律，創(chuàng)立了研究分子立體構(gòu)型的立體化學(xué)。但是，要進一步深入發(fā)展，認識化學(xué)鍵、元素周期律以及價鍵飽和性和方向性等本質(zhì)問題，則有待于揭開原子結(jié)構(gòu)的奧秘。在19世紀(jì)、20世紀(jì)之交，物理學(xué)有了一系列的重大發(fā)現(xiàn)，揭示了原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和微觀世界波粒二象性的普遍性，使經(jīng)典力學(xué)上升為量子力學(xué)。量子力學(xué)為化學(xué)提供了分析原子和分子的電子結(jié)構(gòu)的理論方法。1927年HeitlerW和LondonFW應(yīng)用量子力學(xué)方法成功地處理了氫分子中電子的運動，闡明了共價鍵以及它的飽和性和方向性的本質(zhì)。量子力學(xué)在化學(xué)鍵理論研究上的應(yīng)用，逐步認識了化學(xué)鍵的本質(zhì)，對原子結(jié)合成分子的方式、依據(jù)和規(guī)律方面的研究已日趨深入和系統(tǒng)。近代物理學(xué)對化學(xué)的發(fā)展不論在理論上和實驗上都提供了巨大的支持和有力的手段。在實驗上，各種衍射和光譜等研究原子、分子和晶體結(jié)構(gòu)的新方法層出不窮，為化學(xué)家認識原子、分子結(jié)構(gòu)和性能積累了大量的實驗資料及一系列有指導(dǎo)意義的原則。因此化學(xué)學(xué)科進入了一個全新的發(fā)展階段。

借助于近代物理學(xué)的進展，化學(xué)得到了如虎添翼般地迅速發(fā)展。不僅自然界中存在的“未知元素”逐一被發(fā)現(xiàn)，而且還在實驗室中人工合成了自然界尚不存在的元素。有機化學(xué)也得到了長足的發(fā)展，在實驗室中不僅分離和提取了一系列天然有機產(chǎn)物，而且還合成了一些自然界未曾發(fā)現(xiàn)的化合物，并逐步興起了有機合成化學(xué)工業(yè)，尤其以染料和制藥工業(yè)最為突出，煤焦油和石油等各種天然資源的開發(fā)和綜合利用也相繼向前推進。到了20世紀(jì)30年代，隨著有機化學(xué)和有機合成工業(yè)的發(fā)展，世界進入了人工合成高分子材料的新時代，合成橡膠、合成纖維和合成塑料等新材料的成批生產(chǎn)，都是化學(xué)家的卓越貢獻。

化學(xué)學(xué)科長久的任務(wù)是整理天然產(chǎn)物和耕耘周期系，不斷發(fā)現(xiàn)和合成新的化合物，并弄清它們的結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系，深入研究化學(xué)反應(yīng)理論和尋找反應(yīng)的最佳過程。這個化學(xué)學(xué)科的傳統(tǒng)特色，肯定還要繼續(xù)發(fā)展下去。另一方面，當(dāng)今化學(xué)發(fā)展的一個特點是積極向一些與國民經(jīng)濟和人民生活關(guān)系密切的學(xué)科滲透，最突出的是與能源科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)和材料科學(xué)的相互滲透?；瘜W(xué)面臨著新的需求和挑戰(zhàn)，同時隨著結(jié)構(gòu)理論和化學(xué)反應(yīng)理論以及計算機、激光、磁共振和重組DNA技術(shù)等新技術(shù)的發(fā)展，化學(xué)對分子水平的掌握日益得心應(yīng)手，剪裁分子之說應(yīng)運而生，即按照某種特定需要，在分子水平上來設(shè)計結(jié)構(gòu)和進行制備，化學(xué)的研究對象也不局限于單個化合物，而要把重點放在復(fù)雜一些的體系上，這樣必然會促使化學(xué)更重視貫通性能、結(jié)構(gòu)和制備三者之間關(guān)系的理論，增強功能意識。這就形成了化學(xué)發(fā)展的一個新方向－－分子工程學(xué)。

現(xiàn)在，化學(xué)在材料科學(xué)和生命科學(xué)中的作用和地位越來越顯著，下面僅從這兩個方面舉例介紹一些化學(xué)前沿的動向和進展。

智能材料能源、信息和材料是國民經(jīng)濟的三大支柱產(chǎn)業(yè)，而材料又是能源和信息工業(yè)技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)，新能源的開發(fā)，信息工程中信息采集、處理和執(zhí)行都需要各種功能材料。設(shè)計和合成具有各種特殊性的新型材料是化學(xué)家施展才能的廣闊天地。在第7，8兩章中已介紹了一些無機材料和高分子材料。目前在新材料領(lǐng)域中，正在形成一個新的分支－－智能材料。智能結(jié)構(gòu)常常把高技術(shù)傳感器或敏感元件與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料和功能材料結(jié)合在一起賦予材料嶄新的性能，使無生命的材料變得似乎有“感覺”，使被動性的功能材料向具有主動功能的機敏材料發(fā)展，這類材料將具有自診斷功能和自愈合功能等。例如在高性能的復(fù)合材料中嵌入細小的光纖材料，用于機翼制造，由于復(fù)合材料中布滿了縱橫交錯的光纖，它們能像“神經(jīng)”那樣感受飛機機翼上的不同壓力，通過測量光纖傳輸光時的各種變化，可知機翼承受的不同壓力。在極端嚴(yán)重的情況下光纖會斷裂，光傳輸中斷，于是就能向飛行員發(fā)出事故警告。再有一種更巧妙的方法是把大量空心纖維埋入混凝土中，當(dāng)混凝土開裂時，事先裝有裂紋修補劑的空心纖維也會裂開，并釋放出粘結(jié)修補劑，把裂紋牢牢地焊在一起，防止混凝土橋梁斷裂。

還有一類智能材料是仿生智能材料，它是在研究一些動物和植物活體的基礎(chǔ)上，掌握生物所具有的特異功能，設(shè)法把這些研究成果用于智能材料的設(shè)計和制備。例如人們知道貝殼很硬而又不易摔碎，于是就去研究貝殼的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)它是由許多層狀的碳酸鈣組成，每層碳酸鈣之間夾著一層有機質(zhì)，把層層碳酸鈣粘在一起，貝殼之所以不易破碎是因為在一層碳酸鈣中出現(xiàn)的裂紋不會擴張到其他碳酸鈣層中去，而被中間那層柔軟的有機質(zhì)阻擋住了。人們從中得到啟示，制造出一種不易破碎的陶瓷材料。英國CrickW博士選擇了碳化硅陶瓷，將其燒成薄片，然后在每片碳化硅陶瓷上涂上石墨層，再把涂有石墨層的碳化硅陶瓷層層疊起來加熱擠壓，使堅硬的碳化硅陶瓷粘結(jié)在石墨上。石墨和貝殼中的有機質(zhì)一樣，起著粘結(jié)劑作用。這樣的陶瓷受到?jīng)_擊力時頂多是使表面幾層破碎脫落，而且表層脫掉后能把大部分能量吸收，避免整個零件破碎。試驗證明，折斷涂有石墨層的碳化硅陶瓷所用力量比沒有石墨層結(jié)合的碳化硅陶瓷要高100倍。英國利用這種陶瓷材料制造了一臺耐高溫而不需冷卻系統(tǒng)的陶瓷汽車發(fā)動機?？梢哉f這是研究仿生智能材料的一個典型實例。智能材料或仿生智能材料現(xiàn)已成為材料科學(xué)的一個重要研究領(lǐng)域，各國科學(xué)家正在為此作不懈的努力。人們研究鯨和海豚的尾鰭，飛鳥的鳥翼，希望有朝一日能發(fā)現(xiàn)像尾鰭、鳥翼那樣柔軟，既能折疊又很結(jié)實的材料；研究竹子抗彎、抗裂的結(jié)構(gòu)，試圖將竹子的特性廣泛用于飛機、火箭制造中?？傊谖磥碇悄懿牧系难芯恐?，為化學(xué)家開辟了一個充滿生機和挑戰(zhàn)的全新領(lǐng)域。

電子通訊技術(shù)和計算機技術(shù)等方面的飛速發(fā)展，迫切需要更復(fù)雜、更小巧的電子器件。因而在分子水平上生產(chǎn)電子器件，已提到分子設(shè)計和分子工程學(xué)的議事日程上。目前世界上許多發(fā)達國家競相投資，加緊開發(fā)和研制“分子元件”，其中以分子導(dǎo)線和分子開關(guān)的研制最令人關(guān)注。

1991年英國學(xué)者BodenN提出用盤狀液晶作分子導(dǎo)線。液晶是一類有機化合物，由于它能像液體一樣流動，又具有晶體的光學(xué)特性，因此而得名。例如三亞苯基環(huán)類盤狀液晶，見圖12－1，在六取代三亞苯基環(huán)類分子結(jié)構(gòu)中，三個亞苯基外側(cè)均由具有良好絕緣性能的脂肪鏈所環(huán)繞，又由于盤狀液晶分子在外電場作用下有著特殊的分子排列，見圖12－1，因此Boden等人設(shè)想，如果將少量具有缺電子空軌道的分子摻入到盤狀液晶分子中，使其具有共軛體系的三亞苯基環(huán)中心出現(xiàn)正電性空穴，見圖12－1。再沿三亞苯基環(huán)中心軸線方向施加一定的電壓，環(huán)內(nèi)電子就可作定向移動。這一設(shè)想與無機半導(dǎo)體導(dǎo)電原理是極為相似的。

我們知道開關(guān)是電子計算機的主要器件之一，而要在分子水平上研制分子電子計算機，分子開關(guān)是不可少的。目前，許多科學(xué)家把視線主要放在光控、溫控和電控等類型的分子開關(guān)的研制上。下面介紹一種光控分子開關(guān)。N－鄰羥亞芐基苯胺具有光致重排性質(zhì)[見圖12－2]。如果將多聚乙炔鏈與N－鄰羥亞芐基苯胺相連[見圖12－2]，不難看出，在圖12－2左邊，當(dāng)分子處于基態(tài)時，與鄰羥亞芐基直接相連的聚乙炔鏈的共軛體系為單鍵、雙鍵相間的連續(xù)傳導(dǎo)系統(tǒng)，即分子開關(guān)呈開啟狀態(tài)；而在圖12－2右邊，開關(guān)分子處于光致激發(fā)狀態(tài)，多聚乙炔鏈的共軛體系發(fā)生間斷，從而使其傳導(dǎo)功能終止，此時分子開關(guān)呈關(guān)閉狀態(tài)。

N－鄰羥亞芐基苯胺光控分子開關(guān)，的確是一種十分精巧的設(shè)計。但是，要將這種有機分子開關(guān)按指定的部位，引入導(dǎo)電聚合物，還有待于進一步探索。當(dāng)然，要使分子器件設(shè)想轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實，還要做許多基礎(chǔ)性研究工作。不過，我們相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對客觀事物的深入了解和掌握，分子器件甚至分子電子計算機的問世，都將不會是遙遠的科學(xué)幻想。

探索生命的奧秘當(dāng)代化學(xué)研究與生命科學(xué)的關(guān)系越來越密切。歷史上化學(xué)家從分子水平研究了重要生命物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。如今化學(xué)家又在更深的層次上了解和認識更為復(fù)雜的生命現(xiàn)象。隨著今后人們對生命現(xiàn)象本質(zhì)認識的提高和深化，一定會將化學(xué)帶入一個嶄新的天地，從而給人類社會的進步以深刻影響。

化學(xué)是在分子水平上研究物質(zhì)運動的科學(xué)。生命運動的基礎(chǔ)是生物體內(nèi)物質(zhì)分子的化學(xué)運動。因而，揭示生命運動的規(guī)律必定以認識生物體內(nèi)的物質(zhì)分子及其運動為前提。再者，生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)有溫和、定向、高選擇性、高產(chǎn)率的特點。因此，從化學(xué)的角度來研究生命過程，大致可以從以下兩方面出發(fā)：用純化學(xué)手段在分子水平上了解生命現(xiàn)象的本質(zhì)；借助于有機合成和分子集約化手段創(chuàng)造出不同程度上再現(xiàn)生命現(xiàn)象的純化學(xué)體系?；瘜W(xué)家參與生命科學(xué)研究的主要武器在理論上是分子的微觀結(jié)構(gòu)概念和鍵力與非鍵力相互作用，化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)與機理等；在實驗上是成分分離與分子結(jié)構(gòu)分析、合成與模擬、反應(yīng)速率與過程的測定等。目前，化學(xué)對于生物物質(zhì)的研究對象已由常量、穩(wěn)定的物質(zhì)發(fā)展到微量、不穩(wěn)定的物質(zhì)；由單一分子發(fā)展到分子集合體；由靜態(tài)研究發(fā)展到動態(tài)研究，對生命化學(xué)過程的研究已深入到飛秒級的快速過程。下面就以當(dāng)前開展比較活躍的一些領(lǐng)域為例作些介紹。

蛋白質(zhì)、核酸和糖類是生物體的三大基本要素。蛋白質(zhì)掌管生物體內(nèi)各種生物功能，例如酶是一類具有催化作用的蛋白質(zhì)，生物體內(nèi)的所有反應(yīng)幾乎都是由酶催化完成的；而核酸中儲存著生命體的全部遺傳信息，它是構(gòu)造一切生物有機體的總設(shè)計師；糖不僅為生物有機體提供建筑材料和能量來源，而且還是高密度的信息載體，具有重要的細胞識別能力。研究這些生命物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，將幫助人們從分子水平上了解生命現(xiàn)象的化學(xué)本質(zhì)。

核酸分成脫氧核糖核酸和核糖核酸，它的功能主要是貯存、傳遞和表達生物體的遺傳性狀。這些功能是與其結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)的，一定的結(jié)構(gòu)決定了一定的功能?？茖W(xué)家可以利用離體的DNA重組技術(shù)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)基因動植物的產(chǎn)生與培育，進行基因治療，促進有用蛋白質(zhì)的生產(chǎn)，以及創(chuàng)造出能合成有重大經(jīng)濟價值的細菌等。這就是通常說的基因工程或遺傳工程。

蛋白質(zhì)可以被視為一種分子機器，它可以精巧地完成生命特定的功能，例如血紅蛋白的輸氧功能，酶的專一性催化作用等。對于蛋白質(zhì)分子機器運作機制的了解，主要依賴于蛋白質(zhì)中原子結(jié)構(gòu)細節(jié)的知識。下面在血紅蛋白三維結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上談?wù)勊鼈兪窃鯓訄?zhí)行儲運氧分子的。血紅蛋白分子活性部位是血紅素的含鐵輔基，鐵原子坐在輔基中央，它可以與其他六個配位原子相結(jié)合，其中四個配位N原子在血紅素平面上，如下圖所示：

第五配位和第六配位則處于平面的上方和下方。在血紅蛋白中第五配位是一個組氨酸的N原子，第六配位是O2等分子，在其附近還有另一個組氨酸，它能影響進入第六配位的分子，如圖12－4所示。以下討論第六配位的情況。

O2和CO分子都能在血紅素的第六配位上與Fe結(jié)合。由于它們的電子結(jié)構(gòu)不同，在一個孤立的血紅素中，F(xiàn)e與O=O分子之間形成角度為121°的彎曲型，見圖12－5，而C=O分子與Fe之間形成直線構(gòu)型，見圖12－5。這樣相

比CO與Fe的結(jié)合力要比O2分子大25000倍。但從血紅蛋白結(jié)構(gòu)上看，F(xiàn)e第六配位附近有E7組氨酸的影響，使CO偏離直線構(gòu)型，也呈結(jié)合力弱得多的彎曲型，見圖12－6，在血紅蛋白中，F(xiàn)e和O2的結(jié)合則與在孤立血紅素中相似，見圖12－6。因而CO與Fe的結(jié)合力只比O2大200倍，換言之，CO的結(jié)合優(yōu)勢降到了原來的1%以下，不難想象這一點對人類是多么重要。因為CO與血紅素中的Fe結(jié)合，會使血紅蛋白失去了攜帶氧的能力。煤氣中毒就是由于煤燃燒不完全而產(chǎn)生CO被人體吸收后形成一氧化碳血紅蛋白的結(jié)果。只要空氣中的CO體積含量達到10-3左右，即可使血液中半數(shù)的血紅蛋白成為一氧化碳血紅蛋白，從而造成缺氧狀態(tài)，甚至死亡。如果血紅蛋白結(jié)構(gòu)上沒有E7組氨酸，則CO與血紅蛋白的結(jié)合能力將非常強，那么人們將只能生活在極其純凈的空氣中了，而這是不現(xiàn)實的。

血紅蛋白具有輸送氧氣的功能，從肺氣泡中取氧氣，然后輸送給肌紅蛋白分子和其他需要氧氣的細胞和部位。肌紅蛋白有貯存氧氣的功能。

血紅蛋白和肌紅蛋白都可吸收和釋放氧氣，只是血紅蛋白在氧氣壓力稍高或稍低時，即可吸收或釋放氧氣，而肌紅蛋白一般是吸收氧氣的，只有在氧氣壓力很低、肌肉十分需要氧氣時，才會釋放氧氣。

多年來化學(xué)一直向往著分子工程學(xué)這樣的目標(biāo)。進入分子水平的生物學(xué)為我們提供了所需蛋白分子的藍圖和模板。隨著DNA重組技術(shù)的發(fā)展，基因工程發(fā)展到蛋白質(zhì)工程，它與一般基因工程所不同的是往往要對天然基因進行改造，從而制造出與天然蛋白質(zhì)不同的、更符合人們特定需要的非天然蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程的發(fā)展主要是由于天然蛋白質(zhì)往往不能滿足人們特定的需要