生命的化學迷宮

鄒令哲

1971年，美國有340名看來吃得很好、很健康的4～16歲的少年兒童，每人剪了一點頭發給丹佛的一位兒科醫師，這位醫師檢查了頭發中的元素，發現其中8％的兒童頭發里缺鋅，這些兒童的身高、體重和胃口都不如其他兒童。以后經過補充含鋅的食物，1～8個月后，頭發里含鋅量正常了，孩子們的胃口體重也很快趕上來了。

這個例子說明，人的生命活動，盡管是大自然中非常復雜的生物現象，實際上也無非是一系列生物化學反應的結果。人體的構成只是60多種元素的搭配、變化，而其中最主要的只有十幾種元索，即氧、碳、氧、氮，鈣、磷、鉀、硫、鈉、氯、鎂、鐵、碘、氟、硅等。不過，別看輕這60多種元素，它們化合、分解，發生各種反應，使每個人體成為一座不分白天黑夜都在不停進行化學反應的化學迷宮。在這些化學迷宮里，現在最引人注目的魔術師是蛋白質和核酸。它們變的許多魔術，至今對人還是謎，等待我們擊探索。

蛋白質是生命的基礎

提起蛋白質，人們就會想到雞蛋白。其實，雞蛋白只是蛋白質的一種，據研究，人體的蛋白質有十萬多種；每種都有各自的特殊性質，極少相同。蛋白質的化學成分，在100多年前已經弄清楚了，它主要由碳、氫、氧、氮、硫以及其它一些化學元素組成。但是，認識了它的成分并不等于認識了蛋白質的全部。為了探索蛋白質的秘密，科學家已花了一個半世紀的時間。人們認識到，地球開始有了蛋白質就同時有了生命。拿人體來說，無論外表所見到的皮、毛、發，甲，還是體內的肌肉，骨骼、五臟六腑、血液腦髓，都是由蛋白質組成的；人體的新陳代謝、循環、呼吸、消化、運動等一切活動都有蛋白質參加，所以，可以毫不夸大地說，蛋白質是生命的基礎。

蛋白質有兩種，一種單由氨基酸組成，叫單純蛋白質，包括血漿中的白(清)蛋白、球蛋白；另一種是氨基酸與其它一些非蛋白成分結合在一起的結合蛋白質，如與核酸結合的核蛋白，與血紅蛋白結合的血紅蛋白，與糖結含的糖蛋白。

蛋白質在人體中，有時不叫蛋白質，但實質沒有什么改變，如酶、激素、抗體就是。

酶在蛋白質這支魔術師隊伍里又算是頭號魔術師了，人體的一切化學反應，幾乎都有一種特定的酶給它起催化、媒介怍用。有了它，不要高壓、高溫，反應就可以做到快速、有效，專一，一點不亂。比如咀嚼饅頭覺得有甜味，這是唾液里淀粉酶與麥芽糖酶的作用；蛋白質、脂肪進入人體，要消化它們，蛋白酶和脂肪酶就立即動員起來；出現了傷口，血很快凝固了，這是血里凝血酶的作用，等等。在醫療上現在愈來愈重視酶的作用，不過遺憾的是酶的許多工作原理目前還弄不清楚。

激素是內分泌腺產生的蛋白質，數量雖少，作用卻很大，如甲狀腺索、生長索、催乳索、催產索、甲狀旁腺素、胰島素、胸腺素等，有30多種，它們對人體的新陳代謝、生長發育、免疫功能都有重要影響。

抗體是在細菌、病毒等外來物質(叫抗原)侵襲人體時，體內迅速形成的專與這種外來物質相對抗的蛋白質。它們是人體的衛士。有的抗體在敵人消滅、身體恢復健康以后仍然保留在體內，以后如果同樣的細菌，病毒侵入，它們立即可以進行抵抗，因此，人們也不會再得這種病了，這就是免疫功能，種過牛痘不再得天花的道理就在這里。

但是，并非所有抗原抗體反應對于人體都是有益的，比如可以致命的青霉素過敏反應就是一種抗原抗體反應。在蛋白質這個家族里，實際有許多成員都是對人體有害的。如病菌分泌的有害蛋白質，蛇毒也是一種蛋白質。

蛋白質受到高溫、高壓、強酸、強堿等影響，分子結構就會被破壞，從而失去生命力。用高溫、高錳酸鉀消毒，就是破壞細菌和病毒體內的蛋白質。

遺傳的信息——核酸

100多年以前，人類已經發現了核酸，但真正認識它的作用才只有30年。核酸的重要作用在于它是遺傳信息的唯一貯存者和傳遞者，也是合成蛋白質的主角。你可能司空見慣了，比如頭發脫落后長出來的是頭發，而不會是指甲；豬生下的是豬，而不會是羊，子女象自己的父母。所以能這樣，是因為除非碰到突變刺激，新生的蛋白質可以繼承舊蛋白質所有的結構，化學成分以及新陳代謝的功能；新一代的蛋白質也能繼承上一代蛋白質的這種遺傳信息。這就是代代相傳的秘密。而這套魔術的主持者就是核酸，是它參與了蛋白質的合成，從而使蛋白質能夠保持其不變的性質。

根據核酸中所含的核糖不同，核酸分為兩類，含核糖的稱為核糖核酸(RNA)，它大部分存在于各種細胞器的核蛋白中，少量溶于細胞體內，它主要參與蛋白質的合成工作；還有一種含脫氧核糖，稱為脫氧核糖核酸(DNA)，它絕大部分存在于細胞核的染色質中，是遺傳的物質基礎。這兩種核糖核酸的秘密已是人類遺傳工程研究的重點。

化學迷宮的其它部分

有人把生命活動此作一只燃燒反應的爐子，而燃燒反應的燃料就是糖和脂類，是它們供應了燃燒的能量。這種能量如此巨大，有人計算，即使在靜止狀態下，一個成年人每晝夜也要消耗掉2400大卡的熱量，這熱量可以把24公升水從0℃煮到沸騰，全世界40億人口要消耗9萬億大卡，這樣的熱量幾乎可以把10個西湖的水煮得滾開。這還是指靜止狀態，如果大家僅僅鼓一下掌，能量消耗就還要增加1／8～1／4。糖類主要由碳、氫、氧合成，其中的“氫二氧一”即是水，所以又稱碳水化合物。人吃了植物身上的淀粉(淀粉貯藏了植物光合作用吸收的太陽能)，經腸胃消化，將淀粉的多糖變成簡單的糖(葡萄糖)，被小腸吸收進入血液成為血糖。一部分血糖為細胞利用，氧化成二氧化碳、水，放出能量；另一部血糖以糖元形式貯存于肝與肌組織，作為能源的貯備。糖類在一定條件下可以轉化為脂肪，所以，肥胖者要少吃糖。脂肪可以分解為甘油和脂肪酸，這些物質經過氧化，也變成二氧化碳、水和能量。但脂肪只是脂類的一種，脂類還包括各種各樣的類脂，如膽固醇與磷脂等，它們的作用以后還要提到。糖與脂類不但是人體的重要能源，而且也是形成結合蛋白質的重要成分。

在人體化學迷宮里，其它還要提到的是水和礦物質。水占人體體重的60％。年齡愈小，水占體重的比例愈大，嬰兒可占80％。在體內，水往往以離子狀態存在，分別帶有正負電荷的電解質結合在一起，稱為體液。電解質平衡是維持正常生命活動的條件。水又是很好的溶劑。人體內營養物質的運輸，排泄廢料，血液循環，新陳代謝和體溫調節都必須有水。所以水比食物更為重要，如果失水量占體重的8％，就要血壓下降，甚至休克，不及時補液，可以危及生命。

各種礦物質對人體有不同的作用，如鈉、鉀，與滲透壓的維持、神經肌肉的興奮等很多生理功能有密切關系，所以，醫生很注意鈉鉀平衡。鈣是骨、齒不可少的成分。鐵是紅細胞中血紅蛋白所必需。還有數量很少的氟、鋅等十幾種元素，被稱為痕量元素，其作用同樣不能被忽視。如氟也是骨、齒生長所必需，缺氟是齲齒的重要原因。鋅則與酶的組成和活力有關，本文開頭的例子已提到了缺鋅的影響。除了各自的作用以外，這些眾多的礦物鹽類，還可以作為蛋白質和核酸的基本原料。