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我们呼吸时吸进的氧气“跑”到哪里去了？
我们一生下来就进行呼吸，直到我们的生命结束。呼吸和心跳一起，是判断一个人是否“活着”的最明显的特征。只要摸一摸颈动脉看看是否在搏动，或者把手放在鼻孔前感觉一下有没有“气流”，就可以基本上知道这个人的状况。
我们都知道，呼吸的主要作用就是吸进氧气，呼出二氧化碳。氧气进入身体，“氧化”食物中的一些成分，释放出能量来合成“高能化合物”ATP（化学名称叫“三磷酸腺苷”），供我们身体里面的各种需要能量的生命活动使用。氧化过程产生的“废气”就是二氧化碳，从肺部经过鼻腔排出。这就像火力发电厂里烧煤（也是消耗空气中的氧气），把燃烧释放出来的热能用来发电，煤燃烧产生的“废气”二氧化碳则通过烟囱排出。
从表面看上去，这一切似乎都简单明白。可是如果我告诉你，我们呼出的二氧化碳分子中的氧原子，并不是来自我们吸进的氧气，你一定会觉得奇怪：二氧化碳分子里面的氧原子是从哪里来的呢？我们吸进的氧气又“跑”到哪里去了呢？要回答这些问题，要先了解什么是“燃料”，然后再比较火力发电厂和我们的身体在“燃烧”这些“燃料”时有什么不同。
不管是人的身体所使用的“燃料”（主要是葡萄糖和脂肪），还是火力发电厂用的燃料（主要是煤或者石油），它们都有一个共同点，就是都含有大量的碳和氢。不管是单独的碳（比如在焦炭和木炭中碳的含量都在85%以上）、单独的氢（比如火箭发动机用的液化氢），还是富含碳和氢的物质（如葡萄糖、脂肪、煤、和石油），都是很好的“燃料”。它们与氧结合时都会释放出能量。
不过在所有这些燃料中，碳原子和氢原子并不是“各自独立”，“彼此无关”的，而是通过“化学键”彼此连在一起，形成分子。石油主要是由各种“碳氢化合物”组成的。碳原子彼此相连形成长链或环，上面再连上氢原子。脂肪里面的脂肪酸也是在碳原子的长链上联上氢原子，只不过还有一个叫“羧基”的“头部”。葡萄糖的分子的“骨架”是由6个碳原子连成的链，其中的5个碳原子各有氢原子和一个“羟基”（由一个氧原子和一个氢原子组成的基团）与之相连。空气中的氧也不是以单原子状态存在的，而是两个氧原子彼此连在一起，形成氧分子。
要让燃料里面的碳原子和氢原子和氧气里面的氧原子结合，首先就要把这些“化学键”打开。这就像人的两只手都和别人的手拉住了一样，再想和另外的人拉手，原来拉住的手必须要放开。 可是破坏化学键是需要能量的，就像把两只拉住的手分开需要用力一样。可是在常温下，自然界中又没有什么另外的“手”来把化学键“拉开”。所以把煤堆在露天（和空气中的氧气接触）一般并不会自动燃烧。把石油曝露于空气中一般也不会自动“起火”。
那怎么办呢？一个办法就是用高温。温度是分子运动激烈程度的量度。温度越高，分子运动越激烈，速度越快。当燃料分子之间猛烈碰撞时，碰撞的力量就可以把化学键打开，就像猛撞一个人可以把他拉着的手撞开一样。不过“撞开”化学键所需要的温度通常是很高的，常常需要千度以上。这就是“燃烧”。火力发电厂就是利用“燃烧”过程让燃料里面的碳原子和氢原子与氧气里面的氧原子结合的。燃烧放出的热量，又可以继续加热尚未燃烧的燃料分子，所以燃烧过程一旦开始，可以自己维持下去，直至燃料耗尽。
这个办法对发电厂有效，可是对人却不行。我们的体温是37摄氏度。38度就算是“低烧”，39度、40度就是“高烧”，人已经很难受了，哪里还能经得住上千度的高温？那人又是如何在37度“燃烧”这些“燃料”的呢？
和其它生物一样，我们的身体也是很“聪明”的。直接打开化学键不行，就“绕个弯子”，先让“燃料”分子（比如葡萄糖）和一种蛋白质结合。蛋白质是很复杂的大分子，上面的许多化学基团就像生产线上的“机器手”，从多个角度“拉住”要被打开化学键的分子。这样一“拉”，化学键就变弱了，就比较容易打开了。而且打开化学键的反应也不是“一步到位”，而是经过若干中间步骤，每一步需要的能量都比较少，这样在体温下化学键就可以被打开了。这个过程就叫做“催化”。具有“催化作用”能力的蛋白质就叫做“酶”。比如把氢原子从“燃料”分子上脱下来的酶就叫“脱氢酶”。
打开化学键的问题解决了，如何使碳原子和氢原子与氧结合还是问题。如果像在火力发电厂中一样，让碳原子和氢原子直接和氧原子结合，释放出来的只能是热能。虽然热能在维持我们的体温上有些用处，但是许多生命活动所需要的能量却不能靠热来供给，而必须以ATP这样“高能化合物”中的化学能来供给。所以碳原子和氢原子必须也绕个“弯子”才最后和氧原子结合，在这个“弯子”中把释放出来的能量变成ATP里面的化学能。
先说氢原子。这些“燃料”分子中的氢原子被脱下来以后，先把它里面的电子“拿”出来，再让这些电子经过一条复杂的“通路”。这条“通路”主要由蛋白质团块组成，专业名词叫“呼吸链”。电子在这条“通路”上分几步“扔出”能量，用来合成ATP。等到把能量“扔”完，电子“精疲力尽”时，再由酶“催化”和氧气中的氧原子结合，同时把失掉了电子的氢原子核（叫“氢离子”）“检回来”，一起生成水分子。这个过程是在细胞里面的“动力工厂”叫做“线粒体”的结构中进行的。所以要问我们呼吸时吸进的氧气“跑”到哪里去了，答案就是“跑”到线粒体中，和氢原子（电子加氢离子）结合变成水了。
碳原子的情况比较麻烦。既不能让碳原子直接和氧气中的氧原子结合，也不能像氢原子那样，把它的电子“拿”出来，走那样一条“通路”，因为失去一个电子的碳原子是很不稳定的。那怎么办呢？这里我们的身体更显出它的“聪明”来了，就是采取“偷梁换柱”的方法，把碳原子中的能量转移到氢原子上面去。这样就可以通过氢原子这个“替身”来释放碳原子中能量以合成ATP了。
这是怎么做到的呢？就是往“燃料”分子上“加水脱氢”。水分子是由一个氧原子和两个氢原子组成的。往“燃料”分子上加水以后，氧原子“归”碳原子所有，而氢原子却被“脱”下来，进入那条释放能量的“通路”。这样既让碳原子和氧原子结合，脱下来的氢原子又作为碳原子的“替身”，去完成释放能量的“任务”。所以如果要问我们呼吸时呼出的二氧化碳分子中的氧是哪里来的，答案是，除了“燃料”分子中原来就和碳原子结合的氧原子外，另外的氧原子是从水分子来的。
除了在“燃料”分子上直接“加水脱氢”，还有更“迂回”的“加水脱氢”的方式，那就是通过磷酸。磷酸“送”给碳原子的那个氧原子，随后又从水分子那里“补”回来。这里面涉及的步骤就更多了，但是“净效果”还是把水分子上的氧原子加到“燃料”分子中的碳原子上。
通过这些“迂回曲折”的步骤，我们的身体就化解了在体温下“燃烧”食物中的“燃料”分子的难题，而且能够高效率地利用“燃烧”过程所释放出来的能量。看到这里，你能不佩服生物进化过程的“聪明”？
我们都知道，呼吸的主要作用就是吸进氧气，呼出二氧化碳。氧气进入身体，“氧化”食物中的一些成分，释放出能量来合成“高能化合物”ATP（化学名称叫“三磷酸腺苷”），供我们身体里面的各种需要能量的生命活动使用。氧化过程产生的“废气”就是二氧化碳，从肺部经过鼻腔排出。这就像火力发电厂里烧煤（也是消耗空气中的氧气），把燃烧释放出来的热能用来发电，煤燃烧产生的“废气”二氧化碳则通过烟囱排出。
从表面看上去，这一切似乎都简单明白。可是如果我告诉你，我们呼出的二氧化碳分子中的氧原子，并不是来自我们吸进的氧气，你一定会觉得奇怪：二氧化碳分子里面的氧原子是从哪里来的呢？我们吸进的氧气又“跑”到哪里去了呢？要回答这些问题，要先了解什么是“燃料”，然后再比较火力发电厂和我们的身体在“燃烧”这些“燃料”时有什么不同。
不管是人的身体所使用的“燃料”（主要是葡萄糖和脂肪），还是火力发电厂用的燃料（主要是煤或者石油），它们都有一个共同点，就是都含有大量的碳和氢。不管是单独的碳（比如在焦炭和木炭中碳的含量都在85%以上）、单独的氢（比如火箭发动机用的液化氢），还是富含碳和氢的物质（如葡萄糖、脂肪、煤、和石油），都是很好的“燃料”。它们与氧结合时都会释放出能量。
不过在所有这些燃料中，碳原子和氢原子并不是“各自独立”，“彼此无关”的，而是通过“化学键”彼此连在一起，形成分子。石油主要是由各种“碳氢化合物”组成的。碳原子彼此相连形成长链或环，上面再连上氢原子。脂肪里面的脂肪酸也是在碳原子的长链上联上氢原子，只不过还有一个叫“羧基”的“头部”。葡萄糖的分子的“骨架”是由6个碳原子连成的链，其中的5个碳原子各有氢原子和一个“羟基”（由一个氧原子和一个氢原子组成的基团）与之相连。空气中的氧也不是以单原子状态存在的，而是两个氧原子彼此连在一起，形成氧分子。
要让燃料里面的碳原子和氢原子和氧气里面的氧原子结合，首先就要把这些“化学键”打开。这就像人的两只手都和别人的手拉住了一样，再想和另外的人拉手，原来拉住的手必须要放开。 可是破坏化学键是需要能量的，就像把两只拉住的手分开需要用力一样。可是在常温下，自然界中又没有什么另外的“手”来把化学键“拉开”。所以把煤堆在露天（和空气中的氧气接触）一般并不会自动燃烧。把石油曝露于空气中一般也不会自动“起火”。
那怎么办呢？一个办法就是用高温。温度是分子运动激烈程度的量度。温度越高，分子运动越激烈，速度越快。当燃料分子之间猛烈碰撞时，碰撞的力量就可以把化学键打开，就像猛撞一个人可以把他拉着的手撞开一样。不过“撞开”化学键所需要的温度通常是很高的，常常需要千度以上。这就是“燃烧”。火力发电厂就是利用“燃烧”过程让燃料里面的碳原子和氢原子与氧气里面的氧原子结合的。燃烧放出的热量，又可以继续加热尚未燃烧的燃料分子，所以燃烧过程一旦开始，可以自己维持下去，直至燃料耗尽。
这个办法对发电厂有效，可是对人却不行。我们的体温是37摄氏度。38度就算是“低烧”，39度、40度就是“高烧”，人已经很难受了，哪里还能经得住上千度的高温？那人又是如何在37度“燃烧”这些“燃料”的呢？
和其它生物一样，我们的身体也是很“聪明”的。直接打开化学键不行，就“绕个弯子”，先让“燃料”分子（比如葡萄糖）和一种蛋白质结合。蛋白质是很复杂的大分子，上面的许多化学基团就像生产线上的“机器手”，从多个角度“拉住”要被打开化学键的分子。这样一“拉”，化学键就变弱了，就比较容易打开了。而且打开化学键的反应也不是“一步到位”，而是经过若干中间步骤，每一步需要的能量都比较少，这样在体温下化学键就可以被打开了。这个过程就叫做“催化”。具有“催化作用”能力的蛋白质就叫做“酶”。比如把氢原子从“燃料”分子上脱下来的酶就叫“脱氢酶”。
打开化学键的问题解决了，如何使碳原子和氢原子与氧结合还是问题。如果像在火力发电厂中一样，让碳原子和氢原子直接和氧原子结合，释放出来的只能是热能。虽然热能在维持我们的体温上有些用处，但是许多生命活动所需要的能量却不能靠热来供给，而必须以ATP这样“高能化合物”中的化学能来供给。所以碳原子和氢原子必须也绕个“弯子”才最后和氧原子结合，在这个“弯子”中把释放出来的能量变成ATP里面的化学能。
先说氢原子。这些“燃料”分子中的氢原子被脱下来以后，先把它里面的电子“拿”出来，再让这些电子经过一条复杂的“通路”。这条“通路”主要由蛋白质团块组成，专业名词叫“呼吸链”。电子在这条“通路”上分几步“扔出”能量，用来合成ATP。等到把能量“扔”完，电子“精疲力尽”时，再由酶“催化”和氧气中的氧原子结合，同时把失掉了电子的氢原子核（叫“氢离子”）“检回来”，一起生成水分子。这个过程是在细胞里面的“动力工厂”叫做“线粒体”的结构中进行的。所以要问我们呼吸时吸进的氧气“跑”到哪里去了，答案就是“跑”到线粒体中，和氢原子（电子加氢离子）结合变成水了。
碳原子的情况比较麻烦。既不能让碳原子直接和氧气中的氧原子结合，也不能像氢原子那样，把它的电子“拿”出来，走那样一条“通路”，因为失去一个电子的碳原子是很不稳定的。那怎么办呢？这里我们的身体更显出它的“聪明”来了，就是采取“偷梁换柱”的方法，把碳原子中的能量转移到氢原子上面去。这样就可以通过氢原子这个“替身”来释放碳原子中能量以合成ATP了。
这是怎么做到的呢？就是往“燃料”分子上“加水脱氢”。水分子是由一个氧原子和两个氢原子组成的。往“燃料”分子上加水以后，氧原子“归”碳原子所有，而氢原子却被“脱”下来，进入那条释放能量的“通路”。这样既让碳原子和氧原子结合，脱下来的氢原子又作为碳原子的“替身”，去完成释放能量的“任务”。所以如果要问我们呼吸时呼出的二氧化碳分子中的氧是哪里来的，答案是，除了“燃料”分子中原来就和碳原子结合的氧原子外，另外的氧原子是从水分子来的。
除了在“燃料”分子上直接“加水脱氢”，还有更“迂回”的“加水脱氢”的方式，那就是通过磷酸。磷酸“送”给碳原子的那个氧原子，随后又从水分子那里“补”回来。这里面涉及的步骤就更多了，但是“净效果”还是把水分子上的氧原子加到“燃料”分子中的碳原子上。
通过这些“迂回曲折”的步骤，我们的身体就化解了在体温下“燃烧”食物中的“燃料”分子的难题，而且能够高效率地利用“燃烧”过程所释放出来的能量。看到这里，你能不佩服生物进化过程的“聪明”？
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