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（原標題：肥肉是怎樣煉成的（2）碳水化合物的代謝） 【良心提示】
網上說，“八戒走了十萬八千里照樣是個胖子，他還是吃素的”。吃素也長肉，這肥肉是哪來的？那些個成功穿越小腸腸壁進入我們身體的葡萄糖和它的兄弟們怎么就變成肥肉了呢？這還得從我們為什么要吃那些能讓人長胖的碳水化合物說起。基本上，我們吃掉碳水化合物就是為了獲取能量。小到一個細胞，大到整個地球，想要維持日常生活和工作都需要消耗能量，都需要有穩定的途徑來獲取這些能量。植物們能夠通過光合作用直接收割太陽能，然后把這些能量“封裝”在葡萄糖里，就像一個一個的“能量塊”碼放在淀粉倉庫里應付日常生活，養兒育女，備戰備荒。人類呢，咱們沒法直接利用太陽能，所以，為了生存，只好吃掉植物，直接拿走它們儲存在葡萄糖里的能量【注1】。 葡萄糖天生就是咱們能夠獲取的最重要的“燃料”，沒有之一。你看，食物當中最重要的三種二糖里全部都有葡萄糖，植物的淀粉能源庫里儲存的干脆就全都是葡萄糖。大概也正是因為這個原因，咱們的身體在進化的過程中就只保留了從葡萄糖里提取能量這一條工藝流水線。遇到果糖和半乳糖的時候呢，就先預處理一下，把它們加工成類似于葡萄糖的半成品，再通過同一條流水線送進線粒體去提取能量。所以，成功穿越小腸腸壁進入身體的葡萄糖和它的兄弟們并不會迫不及待的就奔向肥肉化身小肚腩努力把咱們變成個胖子，而是統統進入肝臟，經過預處理，把不是葡萄糖的單糖變成類似于葡萄糖的半成品，再交給血液循環系統。進入血液的葡萄糖還有個我們更熟悉的名字——血糖。全身上下所有的細胞差不多都需要血液中的葡萄糖來提供日常生活和工作需要的能量。咱們的大腦和中樞神經系統更是幾乎只能依靠葡萄糖來維持正常的運轉。 那細胞是怎么拿走葡萄糖里的能量的呢？這個過程有點像灶臺燒柴，或者爐子燒煤。“燒”掉它！連燃料都一樣，碳。灶臺燒的是木柴里的碳，爐子燒的是煤里的碳，咱們的細胞呢，燒的是碳水化合物里的碳【注2】。 通常情況下，細胞在拿到葡萄糖之后，會得把這些原料加工成適合燃燒的精細燃料【注3】，然后和血液中的氧氣一起送進一個專門的爐子里充分燃燒，再經過一系列復雜的工序，把燃燒當中產生的“熱量”打包收好，供給細胞使用【注4】。還有一些時候，細胞拿到了葡萄糖，卻拿不到足夠的氧氣。怎么辦呢？當然不能守著糧食把自己餓死。氧氣供給不足的時候，細胞里有另外一套設備來發酵處理好的葡萄糖燃料。發酵的過程中也會產生一點點“熱量”可以打包收集起來，供給細胞使用【注5】。什么時候會出現氧氣不足的情況呢？可以是我們真的待在一個氧氣不足的環境里，比如憋著氣待在水里。也可以是劇烈運動的時候【注6】。肌肉細胞只能通過發酵葡萄糖獲得能量來完成的運動，就是咱們平常所說的無氧運動。那么聯系一下實際生活，想想看，怎么就知道咱們是在做有氧運動還是在做無氧運動呢？（小提示：氧氣是通過呼吸從肺里融入血液的。心臟就像是一個水泵，通過強而有力的收縮，源源不斷的把血液輸送到身體的每個角落。） 簡而言之，咱們吃掉碳水化合物是為了給細胞提供能量的，不是為了長胖。那怎么就變成肥肉了呢？呵呵，植物都有自己的能量儲備系統，咱們當然也有。不僅有，而且更高級！還記不記得咱們身體里也有“淀粉”？咱們的“淀粉”有個專門的名字，叫做糖原。糖原就是咱們的前線能源儲備庫，儲存著葡萄糖隨時滿足細胞的燃料供給。身體里有兩個重要的糖原倉庫。一個在肝臟里，叫做肝糖原【注7】。一個在肌肉里，叫做肌糖原【注8】。 糖原之所以比淀粉高級，是因為它可以在短時間內給細胞提供更多的葡萄糖燃料。有點像吃糖葫蘆。葡萄糖就好像一顆一顆的山楂。淀粉就像是長長的一串糖葫蘆，或者扎在一起的幾串糖葫蘆。糖原呢，就像是賣糖葫蘆的那個架子，密密麻麻地插滿了糖葫蘆。當有一大幫細胞小朋友都要吃山楂的時候，淀粉那邊一次只能取下一顆或者不多的幾顆山楂輪番滿足一部分需求。糖原呢，架子上插著多少根糖葫蘆一次就能取下多少顆山楂來，可以在更短的時間里滿足所有的需求。為什么會這樣呢？因為和植物相比，我們實在是有著無與倫比的運動能力嘛，當然也就需要能在短時間內獲得更多的能量來應付蹦蹦跳跳的需求。 身體中有專門的調度員負責指揮糖原把血液中的葡萄糖儲存進倉庫，或者把儲存好的葡萄糖釋放回血液當中【注9】。這兩個倉庫能放得下多少富裕的葡萄糖呢？在完全絕食的情況下，身體里所有的糖原庫存大約也就只夠消耗一兩天的。然而絕大多數人日常生活中的實際情況是，除非你剛剛做完劇烈地運動，否則肌糖原倉庫幾乎時時刻刻都處在飽和的狀態，堆滿了糖原。 肝糖原倉庫里的庫存量呢，取決于兩頓飯之間的時間間隔。間隔越長，倉庫越空。如果間隔不久，比如你不停地在吃碳水化合物，肝糖原倉庫也會時刻處在飽和狀態，再存不進更多富裕的葡萄糖了。那么問題來了。如果這兩個倉庫都塞滿了但還是有富裕的葡萄糖怎么辦？把剩飯倒掉？別美了。大腦和身體可不會浪費一粒糧食。別忘了，他們是在進化過程中經歷過無數次饑荒生死考驗的。為了把已經吃進肚子又暫時無法利用的能量統統儲存起來，最終找到的究極解決方案就是——肥肉！如果血液中的葡萄糖實在富裕，沒有細胞再需要更多地能量，也沒法再塞進糖原倉庫的時候，調度員就會給脂肪組織，也就是咱們身上的肥肉們下達終極調度指令，把這些葡萄糖拿去做成脂肪儲存起來【注10】！與糖原倉庫相比，脂肪組織可以儲存幾乎無限的富裕能量，只需要讓咱們更胖一點就是了。對大腦和身體來說，這簡直就是萬無一失的完美方案。更不幸的消息是，有調度員可以讓肥肉把葡萄糖拿去做成脂肪貼在肥肉上，可沒有人能讓肥肉把脂肪再拿出來變回葡萄糖。所以，八戒為什么吃素也還是個胖子呢？實在是吃得太多了嘛。以八戒的食量，別說是頓頓主食，怕是光吃菜也瘦不下來。 那咱們身上的肥肉是什么時候用得呢？吃進肚子的肥肉又怎么會變成咱們自己的肥肉了呢？下次開始，咱們就來聊聊肥肉和肥肉的故事。 無氧運動的問題。準確地說，沒有哪一種運動是無氧運動，也沒有哪一種運動是有氧運動?！盁o氧”和“有氧”指的是運動的時候肌肉的供能方式。不管是哪種運動，如果是通過三羧酸循環大爐子燃燒葡萄糖燃料給肌肉供能，那就是有氧運動，如果是通過發酵葡萄糖燃料給肌肉供能那就是無氧運動。所以，同一項運動既可以有氧，也可以無氧，也可以一會兒有氧一會兒無氧。在健身房里舉鐵也可以是有氧運動，跑步也可以跑成無氧運動。 那怎么能區別自己做的是無氧運動還是有氧運動呢？比較準確地方法是測運動時的心率。二三十歲的年輕人不管是在做什么運動，如果心率達到了每分鐘150以上，基本就算是無氧運動了[4]。大約可以這么理解，當運動很劇烈的時候，肌肉需要大把的能量。 見過餐廳食堂的爐子嗎？需要大火的時候就打開鼓風機增大往爐子里輸送氧氣的速度。肌肉里也一樣，想把三羧酸大爐子里的“火”燒得更旺就需要更多地氧氣，只不過給肌肉提供氧氣的不是鼓風機，而是肺和心臟。然而肺的容量有限，心臟也不是想跳多快就能跳多快的。當瘋狂跳動的心臟終于沒法滿足肌肉的供能需求的時候，運動就進入了無氧模式。測不了心率怎么辦？更簡單的測試方法嘛，試試能不能邊運動邊說話就差不多了。如果你還能聊天，就說明心肺還有余力，多半也就還是有氧運動的成分居多。 【注1】如果你對中學生物課還有印象，也許會記得咱們的細胞使用的能量并不是葡萄糖，而是叫做ATP的東西。或許你還會記得線粒體這個名字，記得它是每個細胞用來加工ATP的工廠。一點兒也沒錯。ATP確實才是咱們身體里使用最廣泛的“能量塊”。葡萄糖呢？就是線粒體加工廠生產ATP最重要的原料之一。有點像是把大塊的原煤碾碎做成蜂窩煤，方便家用。 【注2】發生在咱們身體里的這個“燒炭”的過程，是一門更加繁復的古老工藝。細胞們可能在35億年以前就學會怎么“燒掉”葡萄糖來獲取能量了[1]。而在過去的幾十年中，有好幾位科學家就是因為分別搞清楚了這整個工藝當中的一小部分，先后獲得了諾貝爾獎。 【注3】每一顆葡萄糖里含有6個碳原子，細胞拿到葡萄糖之后會先把它拆開，做成只有3碳原子的 “燃料小顆?！?。這個過程叫做糖酵解。這些含有3個碳原子的“燃料小顆?！苯凶?strong>丙酮酸。通常情況下，細胞接下來要做的，就是把做好了丙酮酸燃料送進線粒體加工廠里。在這里，工人們會繼續把丙酮酸加工成更精細的燃料——乙酰輔酶A。每一粒乙酰輔酶A里有2個碳原子可以作為最終的燃料為細胞提供封裝在ATP里的能量。 【注4】線粒體里“燒炭”的“大爐子”叫做三羧酸循環。加工好的乙酰輔酶A燃料和血液中的氧氣一起，在這里充分燃燒，變成二氧化碳和水排出體外。燃燒過程當中產生的“熱量”會被專門的工人收集起來，經過一些列非常復雜的工藝，最終加工成ATP[2]。這個三羧酸循環“大爐子”可不得了，只要氧氣充足，吃進肚子的三大營養素都能變成合適的燃料填進去燒出ATP來。 【注5】氧氣不充足的時候，丙酮酸燃料就不再被送進線粒體了，而是留在細胞質里通過發酵產生熱量，再把這些熱量最終加工成ATP。發酵葡萄糖生產ATP的效率可沒法和三羧酸循環燃燒相比。在三羧酸循環“大爐子”里，一個葡萄糖可以燒出38個ATP來。發酵呢？只能得到2個ATP。所以在通常情況下，葡萄糖發酵只是為了給劇烈運動的肌肉細胞解決燃眉之急的時候才會采取的“戰斗”狀態。也有一些細胞只能通過葡萄糖發酵來獲取能量，比如血液中負責運輸氧氣的紅細胞。倒不是它們一直在戰斗，而是因為紅細胞的體內沒有線粒體，也壓根沒有辦法通過三羧酸循環燒掉葡萄糖。 【注6】劇烈運動的時候，肌肉需要在短時間內獲得大量的能量提供動力，然而血液循環系統的供氧能力是有限的，假如對氧氣的需求已經超過了血液循環系統的供給能力，三羧酸循環就來不及燒出足夠的ATP來保證肌肉的能量供給了。在這種情況下，如果肌肉還想完成劇烈地運動，就只能通過燃料發酵來應急了。發酵對燃料的利用效率雖然很低，但是速度很快，所以可以在很短的時間內產生大量的ATP滿足肌肉細胞的需求。葡萄糖在肌肉細胞中發酵的產物是乳酸。很久以來，人們都認為隨著發酵的不斷進行，肌肉細胞和血液中大量堆積的乳酸是造成咱們劇烈運動之后肌肉酸痛和疲勞的原因。但是隨著研究的深入，科學家逐漸對這個結果產生了質疑。乳酸與肌肉酸痛的瓜葛還有待研究，不過確定的好消息是，這些“營養豐富”的乳酸并不會被浪費掉，而是會隨著血液循環系統回到肝臟，重新被做成葡萄糖，繼續為細胞提供能量。 【注7】 肝糖原是身體中最重要的糖原庫。整個肝臟大約7%的重量都是庫存的糖原。肝糖原擔負著調節血糖水平的重任，血液中有多余葡萄糖的時候就收進倉庫里，需要的時候再放回血液中去。就像是河道上的水庫，雨水豐沛的時候把多余的水存起來避免引發洪水；干旱的時候開閘放水，以免河水枯竭，影響沿岸居民的正常生活。 【注8】肌糖原只占肌肉質量的1%左右，但是因為全身肌肉組織的總質量遠大于肝臟的質量，身體中大約3/4的糖原都存儲在肌糖原倉庫里[3]。肌糖原是真正的“戰備”能源。儲存在這里的葡萄糖不會再被放回到血液循環系統去調節血糖水平了，這個倉庫的任務只有一個——保證肌肉的供能。 【注9】調控糖原工作的部門里有咱們比較熟悉的胰島素和腎上腺素，也有其他的調度員，比如胰高血糖素。一頓大餐之后，血液里的葡萄糖水平升高，調度員胰島素就會下達“蓄水入庫”的指令。接到指令之后，血液沿岸的肌肉首先開動自己的糖原生產線，把流經的血液中的葡萄糖轉化成糖原碼放在自己的倉庫里，這個過程叫做糖原生成。但是肌肉的生產線效率不高，經常無法完全消納血液中富裕的葡萄糖，這時就輪到肝臟了。作為調節血糖水平的專業倉庫，肝臟里的糖原生成的效率非常高，只要工作正常，很快就可以把血液中富裕的葡萄糖統統儲存起來。隨著時間的推移，細胞們一邊工作生活一邊消耗這血液里流淌著的葡萄糖，血糖水平開始降低，這時候就該胰高血糖素出場了。胰高血糖素會在血糖水平降低的時候向肝臟發出“開倉”的指令，把肝糖原中儲存的葡萄糖釋放回血液循環系統當中，保證沿岸細胞們的正常生活。肌糖原并不聽從胰高血糖素的調度安排，因為這里的能量是專供肌肉使用的。但是當身體處在興奮、恐懼、緊張這些刺激狀態的時候，調度員腎上腺素就會同時給肝臟和肌肉傳達應急開倉指令，讓整個身體充滿能量，應對可能發生的情況。不管受誰控制，這個把糖原再變回游離葡萄糖的過程就叫做糖原分解。 【注10】促進脂肪組織吸收血液中多余的葡萄糖轉化成脂肪的也是胰島素。 【參考文獻】 1. Wikipedia (2015) 糖酵解. 2. Whitney E, Rolfes SR (2015) Understanding Nutrition (14 edition): Wadsworth Publishing. 3. Gropper SS, Smith JL, Groff JL (2012) Advanced Nutrition and Human Metabolism (6th Edition): Wadsworth Publishing. 4. Wikipedia (2015) Anaerobic Excercise. |
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