互动科普

三大营养素被特定酶分阶段分解

营养素被我们吃下去之后，最终会被体内的细胞吸收。但是，如前页所述，碳水化合物、蛋白质、脂肪都是以多个分子结合而成的大分子的形式存在于食物中。由于细胞无法吸收这样的大分子，所以这些营养素在被吸收前会被分解（消化）开来。

营养素主要在小肠的前半部分被分解。十二指肠是小肠前半部分中的一部分，胰腺会向十二指肠中分泌胰液，其中包含着专门用于分解碳水化合物、蛋白质、脂肪的各种酶。

被分解的营养素主要是通过小肠壁吸收的。小肠壁有皱襞，如果将皱襞放大的话，会发现上面覆盖着无数微小绒毛，在这些绒毛表面整齐地排列着吸收营养素的细胞。通过这样的结构，小肠吸收营养素的面积大幅增加，达到将近一个网球场的大小。

然而，被胰液分解后的碳水化合物和蛋白质仍然无法被细胞吸收。它们被细胞膜上的消化酶进一步分解为最小单位的分子后才被吸收（碳水化合物被分解为1个单糖，蛋白质被分解为1〜3个氨基酸）。

营养素在各种器官被分解，在小肠被吸收后进入全身循环

插图所示为体内摄取的营养素的分解吸收流程。小肠细胞吸收的营养素（包含维生素和矿物质）中，脂肪和脂溶性维生素进入细胞后首先流向淋巴管，然后进入血管在全身循环。其他营养素直接进入血管进行全身循环。

图：少量淀粉被唾液分解

摄入的营养素中最早开始分解的是碳水化合物。口腔分泌的唾液中包含可以切开单糖之间的直接连接的消化酶。认真咀嚼米饭会觉得发甜，正是由于淀粉被分解成单糖小分子后，容易被舌头感觉出甜味。然而，进入口中的食物（营养素）很快就经过食道进入胃，所以只有一小部分被唾液淀粉酶分解。

米饭向“动力工厂”线粒体进发

不管饭桌上摆什么菜，米饭、面包、面条等主食大概都一定会出场。这些主食中含有丰富的碳水化合物。

所谓碳水化合物是指以单糖为主要成分的营养物质。米饭、面包、面条以及薯类中含有大量淀粉，淀粉是由数十个到数万个葡萄糖构成的。而砂糖或者水果中包含的是蔗糖，蔗糖是由一个葡萄糖分子和一个果糖分子构成的。

从这些食物中摄取的碳水化合物，在我们体内成为产生能量的主要源泉。由碳水化合物产生的能量可以帮助我们维持一定的体温，通过肌肉的运动做出各种动作。心脏、大脑的运转也需要能量。没有能量，我们的一切生命活动都会停止。

那么，碳水化合物是如何产生这些能量的呢？能量的主要生产工厂是位于细胞内部的线粒体。线粒体具有复杂折叠的内膜，在内膜上附有产生能量所必需的酶。

首先，在小肠被分解的葡萄糖通过血液运往全身的细胞，这时血液中的丙酮酸浓度增加。丙酮酸随后进入线粒体，转化为各种分子。在这个反应过程中会合成30多个被称为“ATP”的分子。ATP中包含着3个磷酸。由于磷酸相互之间需要很多能量才结合在一起，所以即使一个磷酸脱离，也会释放出很大的能量。

1克葡萄糖大概产生4千卡（1千卡约等于4186焦耳）的热量。而据说成年男性每天需要2500千卡热量，成年女性则需要1800千卡热量。此外，除了碳水化合物之外，我们还可以从脂肪、蛋白质中获取能量。

碳水化合物的作用不仅仅是提供能量。在葡萄糖转化成能量的反应过程中所产生的各种分子也是构成氨基酸、脂肪以及DNA（脱氧核糖核酸）分子的材料。

葡萄糖还可以转化为贮藏在肝脏中的叫做“糖原”的大分子。为了维持一定的血糖值，当我们无法从食物中摄取足够的葡萄糖时，糖原就会被分解为葡萄糖以供身体使用。

（本文发表于《科学世界》2012年第6期）