人體化學(xué)知多少

歐陽興梅

延伸閱讀：

常量元素與微量元素

在人體中，人們根據(jù)元素的含量，將人體所必需的化學(xué)元素劃分為常量與微量?jī)煞N：常量元素占人體重的99.95%以上，包括氧、碳、氫、氮、鈣、磷、鉀、硫、鈉、氯、鎂11種元素。其中，碳、氧、氫、氮四種元素占人體重的95%以上，鉀、鈉、鈣、鎂、氯、硫，約占人體重的4%～5%。微量元素指人體所需要量很少，但不可或缺的一些元素，包括鐵、鋅、銅、錳、碘、鈷、鍶、鉻、硒等。微量元素雖然在人體中需求量很低，但其作用卻非常大。比如鋅，該元素對(duì)人體多種生理功能起著重要作用：參與多種酶的合成;加速生長(zhǎng)發(fā)育;增強(qiáng)創(chuàng)傷組織再生能力;增強(qiáng)抵抗力等。人體中的微量元素溶融在人體的血液里。如果缺少了這樣那樣的微量元素，人就會(huì)得病，甚至導(dǎo)致死亡。

由四元素掌控的人體小宇宙

對(duì)于人體的組成，有人說是由細(xì)胞構(gòu)成的，但歸根結(jié)底，人體不過主要是由占據(jù)了原子總數(shù)99.5%的四種元素所組成，即：氫（H，62.7%）、氧（O，23.8%）、碳（C，11.8%）和氮（N，1.17%），這讓我們不得不感嘆這四種元素的神奇力量！

那究竟是什么力量讓這四種元素掌控了人體這個(gè)強(qiáng)大的小宇宙呢？正如前述，氫氧元素的含量占據(jù)前二位，是由于人體大部分是由水（由兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子組成，約占重量的60%）組成的，所以我們常說“沒有水就沒有生命”。如同空氣可將癟癟的皮球撐得圓圓的，水也將每個(gè)細(xì)胞及整個(gè)人體的結(jié)構(gòu)塑造成型，接著，生命中的一切活動(dòng)便在水的溫暖懷抱中進(jìn)行。碳盡管排行第三，卻在生命元素中有著至高無上的地位，那是因?yàn)樗膹?qiáng)大的鍵合功能，為人體制造出所需的無以計(jì)數(shù)的有機(jī)化合物，進(jìn)而組裝成人體的結(jié)構(gòu)。眾所周知，元素間的化學(xué)反應(yīng)都是通過元素間鍵的形成或者斷裂來進(jìn)行的，一個(gè)碳原子有多達(dá)4個(gè)的鍵合“手臂”，這不僅賦予了碳自身之間可以形成單鍵，雙鍵和三鍵以及成環(huán)的化學(xué)反應(yīng)能力，而且還使它可以與其他眾多元素有著同樣靈活多變的鍵合方式，所以我們的生命也被稱作碳基生命。至于排行第四的氮，則在人體的蛋白質(zhì)（比如酶）以及核酸（DNA和RNA）等重要的組分中肩負(fù)著無以取代的使命。它像一個(gè)魔法棒，將人體的結(jié)構(gòu)激活，使人體具有了生命力，人體這個(gè)小宇宙便開始生生不息地演繹著自己的故事。當(dāng)然還有其他許多的生命元素在輔佐著這個(gè)小宇宙的運(yùn)行。

生命來源于海洋

也許你會(huì)問，元素周期表中一共有92種天然元素，大自然為什么單單選擇這四種簡(jiǎn)單的元素來塑造我們?nèi)祟惸?？這就涉及到我們?nèi)梭w化學(xué)起源的問題。

眾所周知，宇宙在形成的過程中制造了各種元素，并用它那魔力非凡的力量造就了地球這個(gè)元素星球。接著，地球又依靠自己創(chuàng)造了大海這個(gè)更為獨(dú)特的元素海洋，最終，在海洋中孕育出各種不同元素組合的生命體。盡管從最初到最終，元素是傳承的，但因?yàn)楦髯运幍沫h(huán)境不同，所以各自的元素比例也有不同。例如，人體中就沒有宇宙中含量很高的氦（He）元素，那是因?yàn)镠e是個(gè)不活潑的元素，對(duì)于我們這個(gè)需要活力的生命體而言，它就變得一無是處;再例如地球中含量較高的硅（Si）元素，在我們的人體中含量甚微！這與同樣為四配位鍵合方式的碳相比，命運(yùn)就顯得如此懸殊了！原因就在于Si的四配位鍵合方式太弱，承擔(dān)不起人體對(duì)各種大小分子多種多樣的需求，只有淡出生命圈！而最有意思的則是海洋中的元素，它們與我們?nèi)祟愺w液中的成分（離子）如此接近，這著實(shí)證明了我們的生命來源于海洋。

從單細(xì)胞開始，生命體在38億年的漫長(zhǎng)歲月中，與周遭環(huán)境（海洋、陸地及天空）中的所有元素經(jīng)歷了數(shù)不盡的相攜、相融、相斥的歷練后，最終進(jìn)化成能與所處環(huán)境中的各種元素相處得游刃有余的元素集合體。所以說，人類是在不斷地反復(fù)試錯(cuò)和淘汰中最終選定了如今的元素比例含量，這是自然選擇的結(jié)果，是自然讓人類修煉成一個(gè)高度靈敏、高效且具有各種強(qiáng)大功能（語言，創(chuàng)造工具等）的元素集合體。

此時(shí)，也許你又在想能不能把人體中含有的所有元素都放在一起，通過加熱加壓等手段將它們組合成生命體？答案是否定的。然而一個(gè)小小的受精卵細(xì)胞（約0.2毫米）卻可以完成此項(xiàng)任務(wù)—通過不斷吸收母體傳來的各種營(yíng)養(yǎng)元素而成長(zhǎng)為一個(gè)完整的生命體。這種由眾多元素集合到生命體的過程其實(shí)至今仍有許多不解之謎，有待人類繼續(xù)深入探索。

人體是化學(xué)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)

從上圖中，我們可以看到，對(duì)人體的最本質(zhì)的探索最終還是要在分子層面上進(jìn)行，而這就離不開化學(xué)。接下來便要更進(jìn)一步說說在人體這個(gè)元素集合體內(nèi)所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。

說起化學(xué)反應(yīng)，人類接觸的第一個(gè)化學(xué)反應(yīng)就是燃燒反應(yīng)，熊熊的火焰發(fā)出了光，放出了熱，反應(yīng)迅速而劇烈。實(shí)際上，人體內(nèi)也在進(jìn)行著同樣的燃燒反應(yīng)，或者叫呼吸，它是人體中經(jīng)消化吸收得到的葡萄糖、氨基酸和脂肪酸等與人體吸入的氧氣發(fā)生的反應(yīng)。只不過人體內(nèi)的這個(gè)燃燒反應(yīng)要溫和含蓄得多，原因就在于體內(nèi)有一種叫作酶（enzyme，酵素）的蛋白質(zhì)（或者RNA），它可以在體溫體液的環(huán)境下讓化學(xué)反應(yīng)得以實(shí)現(xiàn)并能快速逐步進(jìn)行，能量也是逐步釋放，合成出腺嘌呤核苷三磷酸（又稱腺苷三磷酸，簡(jiǎn)稱ATP）這樣的能量分子，避免了因能量的大量釋放而使體溫上升太快致使人體機(jī)能失常的結(jié)果。

酶的催化效率極高，催化反應(yīng)速率可達(dá)到非催化反應(yīng)速率的108～1020倍，例如我們?cè)诰捉烂罪垼ɑ蝠z頭）時(shí)很快就能感覺到甜味，這是因?yàn)槭澄镏械牡矸墼谕僖褐械牡矸勖傅拇呋潞芸燹D(zhuǎn)變成帶有甜味的麥芽糖和蔗糖。而通常這個(gè)反應(yīng)在體外是需要花一段時(shí)間進(jìn)行的。

此外，酶具有高度的專一性，一種酶只能作用于特定的物質(zhì)，所以人體內(nèi)每個(gè)化學(xué)反應(yīng)都有對(duì)應(yīng)的酶相匹配。人體內(nèi)存在著幾千種酶，正因?yàn)槿绱耍诔錆M了各種物質(zhì)的細(xì)胞里，依然能發(fā)生準(zhǔn)確無誤而又秩序井然的化學(xué)反應(yīng)，可以說專一性的酶功不可沒！

事實(shí)上，人體內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)被稱作“代謝”。而發(fā)生的一連串化學(xué)反應(yīng)被稱作“代謝途徑”，不同的代謝途徑再連接起來就形成了一個(gè)龐大的化學(xué)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)精密復(fù)雜的“代謝網(wǎng)絡(luò)”，日夜不停地為人體的生命活動(dòng)提供了物質(zhì)和能量。因此，如何保證代謝網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行成為科學(xué)家們的研究熱點(diǎn)。

延伸閱讀：

酒后不開車，開車不喝酒，不做“酒司機(jī)”。對(duì)于司機(jī)的飲酒檢測(cè)，警察使用的是非酶催化反應(yīng)—用裝有重鉻酸鉀的儀器檢測(cè)司機(jī)是否酒后開車。只要司機(jī)向一個(gè)管中吹氣，如果觀察到管中的橘紅色物質(zhì)變綠，就可以證實(shí)司機(jī)喝酒了。反應(yīng)只需要一步：

反應(yīng)卻需要兩步，先在乙醇脫氫酶的作用下生成乙醛，如果此時(shí)體內(nèi)沒有下一步反應(yīng)的催化酶—乙醛脫氫酶，那么有毒的乙醛就會(huì)在體內(nèi)積累，造成身體不適或者醉酒。而往往酒量好的人，是因?yàn)轶w內(nèi)的乙醛脫氫酶已將乙醛迅速轉(zhuǎn)變?yōu)槎竞π院苄〉囊宜崃?。通過對(duì)以上兩個(gè)乙醇氧化成乙酸的不同過程的比較，我們可以清楚地理解人體中所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)，那就是必須有高效高度專一的酶的作用，并逐步進(jìn)行。