大蒜“辣眼睛”的化學(xué)真相完全圍繞著蒜氨酸酶以及它催化產(chǎn)生的一種關(guān)鍵揮發(fā)性物質(zhì)——丙硫醛-S-氧化物展開(kāi)。這個(gè)過(guò)程非常迅速且高效，具體步驟如下：
細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞：
- 當(dāng)你切開(kāi)、壓碎或咀嚼大蒜瓣時(shí)，會(huì)破壞其細(xì)胞結(jié)構(gòu)。
- 大蒜細(xì)胞中，蒜氨酸主要儲(chǔ)存在細(xì)胞質(zhì)中，而蒜氨酸酶則儲(chǔ)存在液泡（一種細(xì)胞器）中。
- 細(xì)胞破裂導(dǎo)致兩者混合接觸。
蒜氨酸酶催化反應(yīng)的啟動(dòng)：
- 蒜氨酸酶是一種高度特異性的水解酶。
- 它立即催化其天然底物蒜氨酸發(fā)生反應(yīng)。
- 蒜氨酸的結(jié)構(gòu)是 S-烯丙基-L-半胱氨酸亞砜。蒜氨酸酶的作用是裂解這個(gè)分子。
關(guān)鍵中間體——次磺酸的生成：
- 蒜氨酸酶催化蒜氨酸水解，產(chǎn)生幾種產(chǎn)物：
- 不穩(wěn)定的次磺酸中間體： 主要是 2-丙烯基亞磺酸。這是整個(gè)反應(yīng)中最關(guān)鍵、最不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物。
- 丙酮酸
- 氨
催淚因子——丙硫醛-S-氧化物的形成：
- 2-丙烯基亞磺酸極其不穩(wěn)定，它不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間存在。
- 在常溫下（尤其是沒(méi)有其他蛋白質(zhì)結(jié)合的情況下），這個(gè)次磺酸會(huì)自發(fā)地、非常快速地進(jìn)行分子重排。
- 重排的結(jié)果就是生成丙硫醛-S-氧化物。其化學(xué)式為 CH?-CH?-CH=S=O (或?qū)懽?C?H?OS)。
- 丙硫醛-S-氧化物就是導(dǎo)致“辣眼睛”的罪魁禍?zhǔn)?，被稱為“催淚因子”。
“辣眼睛”的生理過(guò)程：
- 丙硫醛-S-氧化物是一種揮發(fā)性、高反應(yīng)活性的有機(jī)硫化合物。
- 當(dāng)大蒜被切開(kāi)壓碎時(shí)，LF 會(huì)迅速揮發(fā)到空氣中。
- 這些揮發(fā)物接觸到你的眼睛后，會(huì)溶解在覆蓋在眼球表面的淚膜中。
- 溶解的 LF 會(huì)與角膜和結(jié)膜上的神經(jīng)末梢發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（主要是與神經(jīng)末梢上的水分子或含巰基的分子反應(yīng)）。
- 這種反應(yīng)強(qiáng)烈刺激了感覺(jué)神經(jīng)末梢（特別是激活了瞬時(shí)受體電位錨定蛋白1通道）。
- 受刺激的神經(jīng)末梢向大腦發(fā)送信號(hào)，大腦將其解讀為“有刺激物入侵眼睛”。
- 作為保護(hù)性反射，大腦會(huì)命令淚腺分泌大量淚水來(lái)沖洗稀釋刺激物，這就是你“淚流滿面”的原因。
總結(jié)一下關(guān)鍵點(diǎn)：
- 核心酶： 蒜氨酸酶。
- 起始底物： 蒜氨酸。
- 關(guān)鍵中間體： 不穩(wěn)定的次磺酸 (2-丙烯基亞磺酸)。
- 催淚物質(zhì)： 次磺酸自發(fā)重排生成的丙硫醛-S-氧化物。
- 作用機(jī)制： 催淚因子揮發(fā) -> 溶解于眼表淚液 -> 刺激角膜神經(jīng)末梢 -> 觸發(fā)淚腺分泌反射。
與洋蔥的區(qū)別：
洋蔥辣眼睛的原理幾乎完全相同，也是蒜氨酸酶家族（同工酶）催化其自身的蒜氨酸類似物（S-1-丙烯基-L-半胱氨酸亞砜）生成了同分異構(gòu)的催淚因子（丙硫醛-S-氧化物）。大蒜和洋蔥產(chǎn)生的 LF 化學(xué)式相同，但大蒜中通常伴隨產(chǎn)生更多的大蒜素，LF 的絕對(duì)量可能相對(duì)洋蔥少一些，但原理完全一致。
所以，下次切大蒜流淚時(shí)，你就知道是蒜氨酸酶在幾秒鐘內(nèi)催化生成的“丙硫醛-S-氧化物”這個(gè)小分子在作怪了！
