【分享】人真是一种最精密的机器

食物在体内究竟是如何变成水和二氧化碳的？

不要以为这是一个小问题，要知道，氢氧之间的反应能释放极大的能量，甚至可以将火箭送往太空。


而小婴儿也是靠同样的氢氧反应才得以生长发育。人类以及地球上所有生物都是靠这个反应才能繁衍生息。

然而，火箭中氢氧反应过于生猛，生物体可不需要这么“凶残”的化学反应。生物体内的化学反应十分精巧，能平缓地释放能量。

氢氧反应实质上和其他所有化学反应的本质一样：就是电子争相跳槽。具体来说就是，氧原子去挖两个氢原子的墙角抢来两个电子。氢原子交出电子的同时和氧原子融合形成一个水分子。


虽然，在生物体中氧原子也会去抢夺细胞中氢原子的电子。但是在整个过程中，这三个原子根本就不用见面，免去很多尴尬。在氧原子和氢原子之间，横着一条蛋白质复合体构成的长链。电子能量充沛、十分活跃，它会沿着长链从这一头跳到那一头。
氢核，即质子会在电子的牵引下，穿过细胞膜上的通道或气孔，跑到细胞膜外侧去。众所周知，质子是带正电荷的——与电子的负电荷相反。所以细胞膜外侧和内侧会形成电压。这与电子的原理相似，两极间会有电场形成。稍微推测一下，就能知道当那些异常活跃的电子沿着蛋白质长链飞奔到氧原子跟前时会发生些什么：细胞膜会变成一粒充满电的电池。事实上，细胞膜两侧的电场异常强大，足以和雷暴天气中的电场媲美——大家都知道雷暴天的电场非常强大，能够劈裂空气中的原子引发闪电。


幸运的是，我们的细胞并不会在耀眼的闪电中毁灭殆尽，我们又不是皮卡丘。这是因为，虽然细胞膜上的电场强大异常，但也仅在薄薄的细胞膜上传播（厚度大概只有百万分之五毫米），更何况还有其他分子挡在路上不让电场肆意妄为。

当然细胞膜电池的电场也有用武之地，它能推动化学反应产生三磷酸腺苷，也就是我们说的ATP。ATP是存储能量的分子，当然你也可以把它理解成是方便携带的电池。所以，当电子欢快地沿着蛋白质长链跳下去渐渐失去能量的同时，也给许多ATP分子充上了电。然后，ATP就撒欢地奔走在身体各处，随时准备着给辛劳工作的细胞供能。

说穿了，你就是靠这些无数的小电池赖以为生。人体内的ATP分子约有10亿个，它们就像充电电池一样可以循环使用，每一分钟到两分钟就要全体循环一次。电动玩具只要几枚电池，就能用上几小时，而你每一秒钟要用掉1000万枚电池呢。

最后，电子终于走到蛋白质长链的末端，疲惫至极。而氧原子就在长链尽头，等它融为一体。之后，它们还要再等另一个来自其他氢原子的电子。当氧原子等到两个电子牵手成功后，氧原子的外电子层就达到满电子的理想状态。但是，故事还没有结束。


先前讲过，生物体中的氢原子来自食物。而细胞内精巧到不可思议的高效能源体系叫作克雷布斯循环（也称三羧酸循环、柠檬酸循环，是由生物化学家克雷布斯(Hans Adolf Krebs)发现的生物细胞呼吸过程中的循环），它能将氢原子从食物中，具体来说就是从糖类〔葡萄糖（C6H12O6）〕和脂肪中提取出来，同时又将碳原子当作废料排出。而氧原子带着满电子的外电子层来献爱心，和废弃的碳原子共享电子，组成稳定的二氧化碳（CO^{2}）分子。生物体再通过呼吸，将二氧化碳连带水蒸气一同排出气体外。

总而言之，你从食物里摄取氢原子，把它的电子抢过来压榨完最后一丝能量，又把能量消耗殆尽的电子扔给氧原子。这就是所有婴儿，也是所有生命体获取能量的方式。


摘自：《奇怪的知识增加了》 — 马库斯·乔恩（Marcus Chown）

下面是关于克雷布斯循环（三羧酸循环）如何被发现的科学故事。

克雷布斯博士在第二次世界大战爆发期间因受到纳粹的迫害，不得不逃往英国。虽然在德国，他是位非常优秀的医生，但是在英国，由于没有行医许可证，得不到社会的承认，他只能转而从事基础医学的研究。

刚开始选择课题时，仅仅因为他对食物在体内究竟是如何变成水和二氧化碳这一课题充满了兴趣，他便毫不犹豫地选择了这个课题，并且着手调查前人研究这一课题的各种材料。

在报告中，他看到有的学者报告说：“A物质经过氧化变成了B物质。”又有学者说：“C物质经过氧化变成了D物质，然后又进一步变成E物质。”还有学者认为：“C物质是从B物质中得到的。或者可以说，是F物质变成了G物质。”另外一些学者则认为，是“G物质经过氧化变成A物质”等等。

看着来自四面八方的研究报告，克雷布斯想，如果把这些零散的数据整理出来，说不定可以发现食物代谢的结构。就像玩解谜游戏那样，克雷布斯将这些数据仔细整理了一番，结果发现食物在体内是按F、G、A、B、C、D、E这样一个顺序变化的。再仔细了解从A到F这些化学物质，发现E和F之间断了链。如果E和F之间存在一种X物质，那么，这条食物循环反应链就完整了。马上集中精力，全力寻找X物质。


4年后终于查明，X物质就是如今放在饮料中作为酸味添加剂的柠檬酸。他完成了食物的循环链，并且将它命名为柠檬酸循环。克雷布斯的循环理论解释了食物在体内进入柠檬酸循环后，按照A、B、C、D、E、X、F、G的顺序循环反应，最终氧化成二氧化碳和水。

他的伟大不仅仅在于发现了几个化学物质的变化，而且在于将每一个活的变化整理出来，找出了可以解释动态生命现象的结构。由于这一业绩，他在1953年获诺贝尔生理学或医学奖。柠檬酸循环也叫三羧酸循环或TCA循环。进入体内的营养成分在糖酵解→柠檬酸循环→电子传递等一系列呼吸作用下得到分解，产生能量。