书城科普读物探索未知-生命化学趣谈
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第5章 小屋与燃料库

生命的发展过程是一个从简单到复杂的漫长的过程,从非细胞结构的病毒到原核细胞生物,生命便开始寄托在一个相对封闭的内环境中;由原核细胞到真核细胞,再由单细胞生物到多细胞生物,生命现象逐渐变得加倍的复杂,不过,这些复杂是由众多的生命体的基本结构单位——细胞来共同协同作用的结果,每一个细胞的生命活动,都可以在一定的角度上去反映整个的生命。

让我们来看一看细胞的结构吧。它的中心是细胞核,里面存放的是含有DNA分子的染色体,因而是细胞的司令部和信息中心,是细胞结构的核心部分,难怪它包着一层核膜,挂上“闲人免进”的牌子,将细胞里的好些物质都婉拒于门外。细胞核外里细胞质,这是一个原生质实体,内部漂浮着核糖体,内质网、中心体、线粒体等细胞器,这些细胞器各是细胞里的一个职能车间,各尽其职,像核糖体是负责蛋白质制造的车间,而线粒体则是动力车间等等。细胞的生命活动便主要在细胞质和细胞器里进行:合成和分解某些特定的物质,氧化分解营养成分并提供细胞生命活动所需要的能量;还有重要的一项,与外界进行物质交换,运进营养成分,运出生活垃圾和合成的供给身体其他部分的产品,这项功能,便是细胞与外界的交流。由于细胞质是由细胞膜包裹着的,它便使细胞形成了一间相对独立相对封闭的小屋,里面的物质就再也不能随便开小差溜号,外面的东西,也就不能轻易冒犯这间屋子的主人。细胞膜使细胞这间小屋对物质的交流有了主动的选择性,谁进谁出都不再是随意的、自发的,而是听从命令的、自觉的;因而,这垛墙围成的小屋,使细胞内环境有了相对的稳定性,从而保证了生命活动稳定,有条不紊地进行。

正是由于细胞的奇妙的封闭结构和它与外界所进行的特殊的物质交换过程,使科学家们对这间小屋的建筑结构产生了浓厚的兴趣;细胞膜究竟是由什么物质构成的呢?它的奇特的功能来自于什么样的一种奇妙的结构?经过多年的努力,科学家们终于发现这原来是由膦脂这种物质引起来的。

磷脂,其实是一类范围很广的物质——脂类中的一种。它与其他脂类在化学组成和化学结构上有很大的差异,不过,它也具有脂类物质的共同特征即不溶于水,易溶解于乙酶、苯、氯仿等非极性溶剂中,可以被这些溶剂从细胞和组织中萃取分离出来;正是由于科学家们发现细胞在这些溶剂中失去了小屋的建筑结构而破裂,他们才得以发现小屋的建筑材料就是磷脂。

作为细胞膜这些生物膜的磷脂主要是甘油磷脂,它的化学结构和主干是具有三个羟基的甘油,甘细骨架上端连着一个磷酸,磷酸再与别的极性物质相连,从而构成了磷脂的极性头部;甘油的另外两个羟基则与有着长长的非极性碳链的脂肪酸相连,组成了磷脂的两条非极性的尾巴。

甘油磷脂的极性头部与非极性尾部这种奇特的结构,正好决定了由它所组成的生物膜的奇特功能。在细胞膜的细微结构中,科学家们发现细胞膜是由两层磷脂构成的。无数的磷脂分子,头挨着头,尾并着尾,紧密贴合,排列成致密的磷脂层,然后,在一层磷脂层的倒立的非极性尾部上面,再重上一层正立的磷脂层,这就构成了磷脂双层膜。不过,由于这两层都是非极性的尾部与尾部相贴在夹层中间,所以从膜的两面看,都只是磷脂的极性头部。这样的磷脂双层膜,很致密,有弹性和流动性,保证了细胞的内部成分和细胞形态的稳定性,使细胞的内含物与外环境分开,具有了恒定的、动态的内环境,从而使整个细胞活动有条不紊,协调一致地进行。

不过,要有物质交换的功能,只有这么一层磷脂双层膜是不够的,于是细胞在磷脂膜构成的小屋的墙上装上了门和窗——载体蛋白质,它们为物质进出细胞膜提供了通道,于是细胞这间小屋的建筑框架,从结构上到功能上都已经全了。

磷脂,由于它所构成的生物膜的奇特结构和近乎神妙的功能,在生命过程中为细胞内很多化学反应的有序进行和整个生命体的“区域化”提供了必需的结构基础,从而具有极其重要的生物学意义,成为脂类物质中备受关注的明星。不过,在众多的脂类物质中,为生命作出重大贡献的,还不只是磷脂一种,脂肪便是脂类对生命的作出巨大杰出贡献的又一种物质。

说到脂肪,人们头脑中也许有一种“多余废物”的不以为然的想法。不是吗?听听这么一则广告词吧:要想身材苗条、活力充沛未必人人都能作得到,学我啦!服用×××营养素,它能有效调节人体免疫力,分解吸收多余脂肪,让您又苗条又健康!如此之多的减肥广告,再加上某些脏器官的疾病又往往以脂肪或因醇类物质为罪魁祸首,一时之间,风声鹤唳,营养学界也往往对高脂含量、高固醇含量的食物大加指责,于是脂肪似乎对生命的存在不仅仅是多余的,还是有所危害的了。

对拥有温饱保障,随时可以补充高等能量来源,甚至有些营养过分的人类而言,脂肪的重要性也许的确并不那么重要。超过那并不太多的需要量,它也许真的不只是给人类带来形体上的不雅,还对人类的正常生命有所损害。不过,它绝对不是多余的物质,在世界上的作用也绝不是只限于在厨房里充当一下烹调油,给人以口感上的享受。

我们先到自然界中去看一下吧。身体笨重的大熊,本来形态就已经万分不雅,不过,眼看冬天的气息一天天靠近它们,它们也就再也不敢顾念形体之美,放开胃口大吃大嚼起来,恨不能一口吞尽天下所有的美味。它们这是干什么呢?飞雪的冬天,寒气袭人,它们除了身上的皮毛,还需要一层特别的“防寒服”;另外,寒冬里万物凋零,以大熊们的本事,要想找到足够的食物,还真不那么容易,难怪它们要提前“备荒”了。不过,像松鼠这类动物过冬时,是提前准备足够的食物储存起来,而大熊却是秋吃冬粮,这是怎么回事呢?

原来,大熊们将食物消化吸收后,转变为脂肪这种物质存放在皮下组织中,不几天便能存下厚厚的一层。这层脂肪不仅是大熊们过冬御寒的高级防寒服,还能在它缺乏能量的时候,氧化分解,释放出能量来供给大熊生命活动的需要。这样,皮下脂肪层便成了大熊的燃料库房,而脂肪这种脂类物质,也就成了备用燃料了。

在生物界中,其实油脂不仅仅是生命的备用燃料。在生命的正常活动中,细胞中都有许许多多的脂肪小滴,它们除了作为有机体所需燃料的贮存形式和运输形式之外,还不停地进行着氧化分解,释放出大量的能量,成为生命活动中除了糖类之外的第二大燃料物质,为生命活动大约提供了1/5的能量来源。因此,油脂在生命体中所作的杰出贡献,实在不能因为人体中的某些情况而抹杀,油脂,实在并不多余。

除了磷脂和油脂,脂类物质还以多种形式存在于生命过程中,分别起着相应的生理作用,为生命体作出了应有的贡献。像维生素D便是脂类物质中类固醇类中的一种重要物质,性激素等脂类激素和前列腺素具有很重要的调节功能,这一切的一切,都足以证明,除了糖类,蛋白质之外,脂类,也不愧为生命体中又一大光荣家族。