撰文/洪嘉君 绘图/骆玫
化学反应和我们的身体息息相关，它是生命运行的基础。我们把发生在身体内的化学反应称为新陈代谢。就让我们从身体中的典型事例出发，来认识发生在身体中的化学反应吧！
“同化”与“异化”间的化学反应
中国著名生物化学家刘思职院士这样解释身体内的化学反应：生者化，化又生，生化即化生；新必陈，陈乃谢，新陈恒代谢。
身体的正常运作有赖于我们和外界物质的不断互动，无论是摄入食物、还是呼吸空气，但问题是，外界物质是怎么在身体里发挥作用的呢？化学提供了一个很好的切入角度，“化”就是“转化”，所以“化学”就是转化的学问。不属于人体的物质转化为身体的一部分或成为身体需要的营养（“生者化，化又生”），这一过程被称为同化；“化”为身体一部分后，需要时，这部分会发生异化，异化是消耗身体的一部分，让它发挥不同的生理功能，产生的残渣则被排出身体（“新必陈，陈乃谢”）。
蛋白质的“前世今生”
进食和同化的关系最容易被理解。我们以蛋白质食物（肉、奶、蛋）为例，它们被吃下后，首先会被胃酸和小肠液水解，这一过程的本质是蛋白质在消化酶催化下的化学分解反应，蛋白质只有被“拆”成氨基酸才能被人体吸收；而吸收后的氨基酸再由血液带到特定部位，这次将在生物酶的作用下合成为人体的功能蛋白。
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蛋白质大家庭
蛋白质是组成人体一切细胞、组织的重要成分，人体各种生命活动的正常运行都离不开蛋白质。接下来，让我们简单认识一下几种人体中的蛋白质。白蛋白，这是重要的供能物质之一，对维持体内环境的平稳意义重大；丙种球蛋白（简称“丙球”），当人体出现感染时，它起着至关重要的免疫作用；各种凝血因子（蛋白质），在止血时起着关键作用；还有各种消化酶，我们能够从食物中获取各种营养物质可离不开它们。
一场关于氧气的“传递”之旅
身体的另一个典型同化现象是呼吸。血红蛋白是氨基酸在骨髓内进行化学合成的结果。红细胞“装配”好血红蛋白后进入血液循环，流经肺泡时，血红蛋白会和吸入的氧气发生氧合反应。该过程迅速有力，全有赖于血红蛋白中Fe2+精准“钩氧”的能力。更神奇的是，在人体需氧的部位，氧和Fe2+会迅速脱钩，这种快速的解离反应是氧能被人体顺利使用的基础。
人体对氧的使用同样体现在异化作用上，最常见的就是身体消耗葡萄糖来产生能量，这是生命维持活力最重要的代谢形式。碳水化合物被摄入后，会被同化为肝糖原进行存储，需要能量时糖原将分解为葡萄糖，葡萄糖完全氧化的过程将释放热量，可以支持各种生命活动，同时生成的二氧化碳（CO2）和水，被排出体外。在营养不良时，肌肉中的糖原同样会被分解，所以，营养不良时的消瘦也可以被看成是化学反应的结果。
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从化学的角度解读CO中毒
相比氧，血红蛋白的“铁钩”对煤气（主要成分是一氧化碳〔CO〕）更“亲”（化学术语，亲和力更高）。所以，在临床上救治煤气中毒者的核心应对机制，就是这样简单的一个化学反应。那么，你觉得有什么好办法来治疗煤气中毒者呢？答案是吸高压氧，高压让氧与血红蛋白的结合更强烈，可以竞争性抑制CO的作用。
细胞的“吸收”——化学平衡的建立
那矿物质和水又是如何被我们身体吸收的呢？要理解它们如何被肠道吸收，我们需要先了解化学式的“配平”。“配平”虽然只是一种数学技巧，但底层逻辑却十分深刻，那就是物质的守恒——发生化学反应时，化学等式两边的原子和电子动态流转，正、逆反应趋于“平衡”。
让我们回到肠道内，这里矿物质的浓度远高于肠壁细胞内，这时，矿物质中的部分物质由浓度高的一侧通过细胞膜扩散到浓度低的细胞内，这一过程被称为“自由扩散”，其实也是化学平衡建立的过程。等式两端的正离子（典型的有H+、Na+、Ca2+等）和负离子（典型的有OH-和Cl-等）动态交换，在逐渐趋向平衡的过程中，人体需要的物质被细胞吸收（如Na+、Ca2+等），对人体有害的物质（如NH4+）则被细胞排入大肠。
另外，还有一种吸收，其过程要复杂一些它不依赖于肠道内物质的浓度，而是借助细胞上特定的通道开口，精准吸收人体需要的成分。该过程被称为“主动运输”，需要消耗能量，是一种逆浓度的化学运输过程。
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化学键
化学键（chemical bond）是纯净物分子内或晶体内相邻两个或多个原子（或离子）间强烈的相互作用力的统称。共价键是化学键的一种，两个或多个原子共同使用其外层电子，在理想情况下达到电子饱和状态，由此组成比较稳定的化学结构。把共价键之外的原子结合依托的外力称为非共价键，包括离子键、金属键和分子间作用力等，相对共价键，其化学结构更为灵活。
激素的“调节”作用
激素是在人体内合成的有特殊效应的化学物质。激素要发挥作用，有赖于特定的目标细胞并激活它们的效应，其本质是微观层面上的化学过程。
效应细胞表面分布的蛋白质或糖结构，具有专一性，意思是只能“认识”特定的分子，它们被称为“受体”，与之对应的分子信号则是“配体”。激素是典型的分子信号，当它与效应细胞接触，会和受体结合。用化学术语更确切地说，两者将以非共价键的形式结合，这种结合本身是细胞内效应的信号，旨在启动细胞内基因层面的调控，在宏观上则表现为对信号的回应，产生效应。
换句话来解释，与其说是激素在发挥某种生理功能，毋宁认为是激素这把钥匙打开了细胞发挥效应的大门（如下图所示）。
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身体里细菌的化学反应
身体中的化学反应不是人体所独有的，肠道中的细菌也会参与其中。无法完全消化的某些蛋白质，可以被细菌们代谢，这类化学反应被称为腐败。腐败的产物绝大部分对人体不友好，往往会被肠道排出，特别典型的有硫化氢，非常臭。这种以细菌为主角的身体中的化学反应，并不是异化，它们只是细菌自身代谢的结果。
人体正常运行的过程包含着一个个化学反应，除了这篇文章中提到的，人体当中还有许多有趣的化学反应，等待我们继续去探寻。
本文来自《知识就是力量》杂志，原标题《身体内的化学反应》，作者洪嘉君，有删改，原创作品转载请注明来源。
