生命的化学迷宫

邹令哲

1971年，美国有340名看来吃得很好、很健康的4～16岁的少年儿童，每人剪了一点头发给丹佛的一位儿科医师，这位医师检查了头发中的元素，发现其中8％的儿童头发里缺锌，这些儿童的身高、体重和胃口都不如其他儿童。以后经过补充含锌的食物，1～8个月后，头发里含锌量正常了，孩子们的胃口体重也很快赶上来了。

这个例子说明，人的生命活动，尽管是大自然中非常复杂的生物现象，实际上也无非是一系列生物化学反应的结果。人体的构成只是60多种元素的搭配、变化，而其中最主要的只有十几种元索，即氧、碳、氧、氮，钙、磷、钾、硫、钠、氯、镁、铁、碘、氟、硅等。不过，别看轻这60多种元素，它们化合、分解，发生各种反应，使每个人体成为一座不分白天黑夜都在不停进行化学反应的化学迷宫。在这些化学迷宫里，现在最引人注目的魔术师是蛋白质和核酸。它们变的许多魔术，至今对人还是谜，等待我们击探索。

蛋白质是生命的基础

提起蛋白质，人们就会想到鸡蛋白。其实，鸡蛋白只是蛋白质的一种，据研究，人体的蛋白质有十万多种；每种都有各自的特殊性质，极少相同。蛋白质的化学成分，在100多年前已经弄清楚了，它主要由碳、氢、氧、氮、硫以及其它一些化学元素组成。但是，认识了它的成分并不等于认识了蛋白质的全部。为了探索蛋白质的秘密，科学家已花了一个半世纪的时间。人们认识到，地球开始有了蛋白质就同时有了生命。拿人体来说，无论外表所见到的皮、毛、发，甲，还是体内的肌肉，骨骼、五脏六腑、血液脑髓，都是由蛋白质组成的；人体的新陈代谢、循环、呼吸、消化、运动等一切活动都有蛋白质参加，所以，可以毫不夸大地说，蛋白质是生命的基础。

蛋白质有两种，一种单由氨基酸组成，叫单纯蛋白质，包括血浆中的白(清)蛋白、球蛋白；另一种是氨基酸与其它一些非蛋白成分结合在一起的结合蛋白质，如与核酸结合的核蛋白，与血红蛋白结合的血红蛋白，与糖结含的糖蛋白。

蛋白质在人体中，有时不叫蛋白质，但实质没有什么改变，如酶、激素、抗体就是。

酶在蛋白质这支魔术师队伍里又算是头号魔术师了，人体的一切化学反应，几乎都有一种特定的酶给它起催化、媒介怍用。有了它，不要高压、高温，反应就可以做到快速、有效，专一，一点不乱。比如咀嚼馒头觉得有甜味，这是唾液里淀粉酶与麦芽糖酶的作用；蛋白质、脂肪进入人体，要消化它们，蛋白酶和脂肪酶就立即动员起来；出现了伤口，血很快凝固了，这是血里凝血酶的作用，等等。在医疗上现在愈来愈重视酶的作用，不过遗憾的是酶的许多工作原理目前还弄不清楚。

激素是内分泌腺产生的蛋白质，数量虽少，作用却很大，如甲状腺索、生长索、催乳索、催产索、甲状旁腺素、胰岛素、胸腺素等，有30多种，它们对人体的新陈代谢、生长发育、免疫功能都有重要影响。

抗体是在细菌、病毒等外来物质(叫抗原)侵袭人体时，体内迅速形成的专与这种外来物质相对抗的蛋白质。它们是人体的卫士。有的抗体在敌人消灭、身体恢复健康以后仍然保留在体内，以后如果同样的细菌，病毒侵入，它们立即可以进行抵抗，因此，人们也不会再得这种病了，这就是免疫功能，种过牛痘不再得天花的道理就在这里。

但是，并非所有抗原抗体反应对于人体都是有益的，比如可以致命的青霉素过敏反应就是一种抗原抗体反应。在蛋白质这个家族里，实际有许多成员都是对人体有害的。如病菌分泌的有害蛋白质，蛇毒也是一种蛋白质。

蛋白质受到高温、高压、强酸、强碱等影响，分子结构就会被破坏，从而失去生命力。用高温、高锰酸钾消毒，就是破坏细菌和病毒体内的蛋白质。

遗传的信息——核酸

100多年以前，人类已经发现了核酸，但真正认识它的作用才只有30年。核酸的重要作用在于它是遗传信息的唯一贮存者和传递者，也是合成蛋白质的主角。你可能司空见惯了，比如头发脱落后长出来的是头发，而不会是指甲；猪生下的是猪，而不会是羊，子女象自己的父母。所以能这样，是因为除非碰到突变刺激，新生的蛋白质可以继承旧蛋白质所有的结构，化学成分以及新陈代谢的功能；新一代的蛋白质也能继承上一代蛋白质的这种遗传信息。这就是代代相传的秘密。而这套魔术的主持者就是核酸，是它参与了蛋白质的合成，从而使蛋白质能够保持其不变的性质。

根据核酸中所含的核糖不同，核酸分为两类，含核糖的称为核糖核酸(RNA)，它大部分存在于各种细胞器的核蛋白中，少量溶于细胞体内，它主要参与蛋白质的合成工作；还有一种含脱氧核糖，称为脱氧核糖核酸(DNA)，它绝大部分存在于细胞核的染色质中，是遗传的物质基础。这两种核糖核酸的秘密已是人类遗传工程研究的重点。

化学迷宫的其它部分

有人把生命活动此作一只燃烧反应的炉子，而燃烧反应的燃料就是糖和脂类，是它们供应了燃烧的能量。这种能量如此巨大，有人计算，即使在静止状态下，一个成年人每昼夜也要消耗掉2400大卡的热量，这热量可以把24公升水从0℃煮到沸腾，全世界40亿人口要消耗9万亿大卡，这样的热量几乎可以把10个西湖的水煮得滚开。这还是指静止状态，如果大家仅仅鼓一下掌，能量消耗就还要增加1／8～1／4。糖类主要由碳、氢、氧合成，其中的“氢二氧一”即是水，所以又称碳水化合物。人吃了植物身上的淀粉(淀粉贮藏了植物光合作用吸收的太阳能)，经肠胃消化，将淀粉的多糖变成简单的糖(葡萄糖)，被小肠吸收进入血液成为血糖。一部分血糖为细胞利用，氧化成二氧化碳、水，放出能量；另一部血糖以糖元形式贮存于肝与肌组织，作为能源的贮备。糖类在一定条件下可以转化为脂肪，所以，肥胖者要少吃糖。脂肪可以分解为甘油和脂肪酸，这些物质经过氧化，也变成二氧化碳、水和能量。但脂肪只是脂类的一种，脂类还包括各种各样的类脂，如胆固醇与磷脂等，它们的作用以后还要提到。糖与脂类不但是人体的重要能源，而且也是形成结合蛋白质的重要成分。

在人体化学迷宫里，其它还要提到的是水和矿物质。水占人体体重的60％。年龄愈小，水占体重的比例愈大，婴儿可占80％。在体内，水往往以离子状态存在，分别带有正负电荷的电解质结合在一起，称为体液。电解质平衡是维持正常生命活动的条件。水又是很好的溶剂。人体内营养物质的运输，排泄废料，血液循环，新陈代谢和体温调节都必须有水。所以水比食物更为重要，如果失水量占体重的8％，就要血压下降，甚至休克，不及时补液，可以危及生命。

各种矿物质对人体有不同的作用，如钠、钾，与渗透压的维持、神经肌肉的兴奋等很多生理功能有密切关系，所以，医生很注意钠钾平衡。钙是骨、齿不可少的成分。铁是红细胞中血红蛋白所必需。还有数量很少的氟、锌等十几种元素，被称为痕量元素，其作用同样不能被忽视。如氟也是骨、齿生长所必需，缺氟是龋齿的重要原因。锌则与酶的组成和活力有关，本文开头的例子已提到了缺锌的影响。除了各自的作用以外，这些众多的矿物盐类，还可以作为蛋白质和核酸的基本原料。