在某問(wèn)答平臺(tái)上诱贿，有一位童鞋問(wèn)了一個(gè)非常經(jīng)典的問(wèn)題——我們吃進(jìn)的食物，是怎么在身體里被"點(diǎn)燃"咕缎，變成能量的珠十？
這是一個(gè)好問(wèn)題——呼吸其實(shí)就是緩慢的燃燒，將我們直接使用的能源物質(zhì)——糖類完全氧化凭豪，變成水焙蹭、二氧化碳和大量能量的過(guò)程。
這種認(rèn)識(shí)在現(xiàn)在幾乎無(wú)人不知嫂伞，不過(guò)在幾百年人們還在為“為什么要呼吸”爭(zhēng)論孔厉。但令人沒(méi)有想到的是，有氧呼吸的細(xì)節(jié)則是最近幾十年才揭密的帖努，之前我們只是知道“氧化會(huì)產(chǎn)能”撰豺，但是我們不知道糖類與氧是如何合成ATP的，也就是細(xì)胞內(nèi)的能量貨幣拼余，所有生命活動(dòng)的能量來(lái)源郑趁。
讓我們從頭開(kāi)始說(shuō)起吧——食物的主要營(yíng)養(yǎng)成分無(wú)外乎糖類、脂肪姿搜、蛋白質(zhì)寡润、維生素和礦物質(zhì)捆憎，其中后三個(gè)一般不參與供能（極端情況下也會(huì)分解蛋白質(zhì)供能，這已經(jīng)是徘徊在餓死的邊緣了）梭纹。糖類的分解更簡(jiǎn)單躲惰，調(diào)用更方便，而糖類也需要在轉(zhuǎn)化為葡萄糖后能能直接參與呼吸变抽，所以我們要研究的是葡萄糖如何轉(zhuǎn)化為ATP础拨。
在以前，人們稱糖類為“碳水化合物”（現(xiàn)在保健界還廣泛引用這個(gè)概念）绍载，這是因?yàn)樘穷愔械臍渑c氧總是保持2：1诡宗，就像是在碳原子上塞了若干個(gè)水分子。不過(guò)如果我們審視有氧呼吸的逆過(guò)程——光合作用击儡，就會(huì)發(fā)現(xiàn)一些有意思的事情塔沃。
光合作用是二氧化碳與水參與，合成糖類并釋放氧氣的過(guò)程阳谍，所以是將二氧化碳拆開(kāi)并把水塞進(jìn)去嗎蛀柴？與我們的直覺(jué)判斷完全相悖，光合作用的實(shí)際過(guò)程是將水拆開(kāi)，把氫塞到二氧化碳上并把來(lái)自水的氧排入到空氣中。這種別扭化學(xué)反應(yīng)的原因很簡(jiǎn)單压汪，因?yàn)椴鸲趸急炔鹚€要困難（雖然水已經(jīng)算是很不好拆的了），所以只能從水拆起赴精。
通過(guò)觀察光合作用我們就能認(rèn)識(shí)到一個(gè)更加深刻的問(wèn)題——糧類中的碳與氧都是充數(shù)的，真正的能量來(lái)源是氫，糖本質(zhì)上不算什么“碳水化合物”，而是“二氧化碳豺鼻、氫化合物”，所以在有氧呼吸的過(guò)程中区拳，我們要理解的問(wèn)題就是——如何將氫原子從糖上剝下來(lái)并變成能量拘领。
在過(guò)去我們初中的教書(shū)中意乓，已經(jīng)給出了有氧呼吸的三步樱调，想要發(fā)現(xiàn)并理解前兩步并不困難，因?yàn)樗鼈冞€是屬于一般有機(jī)化學(xué)的研究范圍届良，我在這里可以簡(jiǎn)單介紹一下：
第一步：在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行笆凌，本質(zhì)上是無(wú)氧呼吸，對(duì)葡萄糖的第一次分解
C6H12O6酶→2C3H4O3(丙酮酸)+4[H]+少量能量 (2ATP)
我們可以注意到士葫，這里剝離了4個(gè)氫乞而。
第二步：在線粒體的基質(zhì)中進(jìn)行，徹底地將氫原子釋放慢显，而且就像我之前說(shuō)的那樣爪模，雖然已經(jīng)產(chǎn)生了二氧化碳欠啤，但是依然不需要氧的參與。
2C3H4O3(丙酮酸)+6H2O酶→20[H]+6CO2+少量能量 (2ATP)
好的屋灌，現(xiàn)在我們得到了什么洁段？線粒體中富集了大量的氫原子，現(xiàn)在我們面臨的正是有氧呼吸中最困難的第三步——如何讓氫的能量變成ATP呢共郭？
這說(shuō)起來(lái)簡(jiǎn)單做起來(lái)可真的難祠丝，氫與氧的直接結(jié)合確實(shí)可以釋放能量——熱能，可線粒體并不是內(nèi)燃機(jī)除嘹，熱能是無(wú)法轉(zhuǎn)化為任何一種可被生物利用的能源的写半。
當(dāng)然在經(jīng)歷重重困難后，這個(gè)精妙的過(guò)程還是被人類給理解了尉咕，這足以讓你大吃一驚叠蝇。
氫在被脫下來(lái)時(shí)并不是一個(gè)個(gè)完整的原子，事實(shí)上它是被分開(kāi)了——電子與質(zhì)子龙考。質(zhì)子被直接拋棄在線粒體內(nèi)膜內(nèi)側(cè)蟆肆，而電子則坐上了一條由酶和種色素組成的“流水線”（電子傳遞鏈），反復(fù)穿越線粒體內(nèi)膜晦款，隨著一步步的傳遞炎功，電子會(huì)消耗掉自己所有的能量，最后在細(xì)胞色素C氧化酶處質(zhì)子和氧分子相遇缓溅，變成水蛇损。
這條流水線是干什么的呢？它們?nèi)缒は到y(tǒng)中非常常見(jiàn)的離子泵一樣坛怪，將被拋棄的質(zhì)子從膜內(nèi)泵到膜外淤齐。
質(zhì)子，不就是氫的原子核么袜匿？這么做是為了什么更啄？細(xì)細(xì)一想就會(huì)明白，質(zhì)子被源源不斷地泵到膜外側(cè)居灯，而電子坐完過(guò)山車后會(huì)回到膜內(nèi)側(cè)祭务。正負(fù)電荷相吸引，于是在一層細(xì)胞膜的厚度之間怪嫌，累積了強(qiáng)大的電勢(shì)能义锥。十幾納米的距離讓電壓可高達(dá)幾十萬(wàn)伏特，直達(dá)雷云的水平岩灭，在我們微小的細(xì)胞內(nèi)電閃雷鳴拌倍！
化學(xué)能成功地轉(zhuǎn)化為了……電能？不是，事實(shí)比想象的更奇妙柱恤，是機(jī)械能数初。APT合成酶其實(shí)是一個(gè)“ATP旋轉(zhuǎn)式壓制機(jī)”，質(zhì)子從膜外一側(cè)進(jìn)入梗顺，在向內(nèi)的庫(kù)侖力帶動(dòng)下妙真，整個(gè)酶如同一個(gè)磨盤(pán)旋轉(zhuǎn)起來(lái)！
ATP的釋能過(guò)程其實(shí)就是三磷酸腺苷連著的三個(gè)磷酸基團(tuán)斷裂脫落的過(guò)程荚守，那么自然的珍德，只要把磷酸基團(tuán)再“安”上去就可以再次合成ATP了。在ATP合成酶上發(fā)生的就是這么奇妙的過(guò)程：
一個(gè)二磷酸腺苷（ADP）+一個(gè)磷酸基團(tuán)（Pi）進(jìn)入ATP合成酶矗漾，在轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能作用下锈候，磷酸基團(tuán)“喀嚓”一聲被壓到第二個(gè)磷酸基團(tuán)的屁股上，一個(gè)ATP就成功生產(chǎn)出來(lái)了敞贡！
穿過(guò)了“壓制機(jī)”泵琳，質(zhì)子終于進(jìn)入到線粒體內(nèi)質(zhì)中，最后與細(xì)胞色素C氧化酶處的電子與氧分子團(tuán)聚誊役，變成水获列，整個(gè)有氧呼吸的全過(guò)程就完結(jié)了。
怎么樣蛔垢，是不是沒(méi)想到生物書(shū)上一筆帶過(guò)的有氧呼吸竟然還這么有意思击孩？人類期待的納米機(jī)器，已經(jīng)在生物體內(nèi)工作了足足20億年了呢鹏漆！
我是酋知魚(yú)巩梢，一條有氧呼吸的科學(xué)作者，歡迎關(guān)注艺玲！
