人体化工厂

人生好比斗地主 2023-02-09 发布于重庆

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人体中包含有206块骨头，45公斤水，450块肌肉，100余个器官，800多个组织，以及950公里长的脉管，还有神经系统传导着生物电流，人体就如同一座由精密低仪器构成的高科技工厂。

有一款2D探索游戏“人体工厂”，灵感来源于德国信息图像化设计的先驱，弗里次卡恩1927年的科普插图，玩家可以通过游戏了解人体的奥秘，并于从中找到乐趣。有机会可以尝试一下

要说工厂，我们觉得人体更像是一座大型的化工厂，化工厂内无时无刻，无处不在的在进行着各种各样的化学反应。氧气的结合、运输和释放，蔗糖的氧化分解、DNA的复制、合成与转录蛋白质的合成等等，还有食物的摄入，能量的生成与消耗，废物的产生与排泄。化工厂内的一切看似纷繁复杂，却又井然有序。

人体中化学反应有三个特点：

1.反应是在常温常压、接近中性温和条件下进行的;

2.反应速度特别快，具有选择性，效率非常高;

3.反应存在特定的反应介质。

生命不息，人体的一切生命活动都需要能量来维持，人体能量的来源是糖、蛋白质、脂肪，一个健康的人通过一日三餐，进食米饭，肉，蛋，鱼，青菜，水果，它们都转化为糖、蛋白质、脂肪、维生素等。这些有机化合物在人体内进行氧化分解，最后生成二氧化碳和水，同时释放出热能，供人体活动需要。这个作用称为生物氧化。是人体的能量来源。

人体的体温正常情况下是37℃左右，如果体温高了或低了，都属于不正常，说明人患病了。将糖、蛋白质、脂肪氧化，会放出大量热能，但是这类氧化反应，在实验室里进行与在人体内进行是不一样的。人体内的生物氧化反应，是在温和条件下，在酶的催化作用下，逐渐进行的，因此热能也是逐步分批释放出来的。这样放出的能量不至于突然使身体体温升高而损伤机体。又可以使放出的能量得到最有效的利用。

到这里你是否好奇？为什么人体的体温能够自动调节在37℃？而且必须是37℃？首先，37℃是一个近似平均值，正常人腋下温度为36~37℃，口腔温度比腋下高0.2~0.4℃，直肠温度又比口腔温度高0.3~0.5℃,恒温动物体温大多在35℃~40°℃之间，人体恒温在37℃。至于为何恰恰是这个温度？对此科学界还没有一个确切的答案。对此的解释也都是一些假说而已。国外两名研究人员发现，我们的体温37℃,确实是一个完美的平衡点，太低会引起病病感染，过高又需要不停地进食以维持代谢。研究发现，体温每升高一摄氏度，细菌的成活率就会下降六个百分点，继发感染的几率也相应降低，这就意味着，数以万计的细菌都能够坦然寄居于爬行动物，两栖动物，和其他冷血动物内。但只有其中的少数几百种，才与哺乳动物有缘。

科学家还设计了一个数学模型，分析体温30℃和40℃之间的抑制病菌感染的获益和维持体温成本（需要额外的食物供应)之间的关系。结果表明最小成本下最大获益的理想温度是36.7℃这非常接近人的正常情况下的体温水平。还有科学家认为，37℃是产热和散热达到平衡时的温度。我们的体温保持在37℃时，是完美平衡。我们可以计算正常活动时身体的产热率，也可以计算出环境温度高于27℃时身体会将热传递到环境中的散热率，两种速率全都随体温的改变而改变。

还有科学家认为，脑在恒温下运作最好，因为脑子好使，恒温动物最终被大自然选择下来了。其次，人体有一套完整而精巧的散热装置，使人体保持恒定的温度。人体体温的调节中枢位于下丘脑。当环境温度在20摄氏度时，体温散热有四种方式，如通过皮肤辐射、对流、和传导散热，这大约占到散热总量的45%，而由皮肤出汗蒸发的散热，则占到55%；当温度超过35摄氏度时，出汗则是人唯一一的散热方式。

既然人体内的化学反应，是在常温常压接近中性的条件下，那么反应的速度如何能做到特别快，有选择性、而效率又很高呢？那是因为有酶的存在，由于酶的作用，生物体内的化学反应在极为温和的条件下，就可以高效进行。是生物消化食物，吸收营养，并且维持内脏功能，比如消炎排毒、新陈代谢、提高免疫力、产生能量、促进血液循环等。人体内还有诸多酶，它们支配着生物的新陈代谢、营养和能量转换等许多催化过程；与生命过程关系密切的反应是酶催化反应。

体内生化反应都是由酶催化的，而酶和反应物，只有溶于内环境的水中，才能发生反应。水为体内物质提供载体和介质。体内很多化学反应都是以水为介质而进行的。身体的消化功能，内分泌功能，也都需要水，同时代谢产物中毒性物质也要靠水来消除，因此适当饮水，对健康真的非常重要。

人体中的化学反应类型包括催化反应，生物氧化反应，表面化学反应，电化学反应和配位反应。

首先是酶催化反应，比如馒头放在嘴里慢慢咀嚼，会感到有甜味，这是因为，馒头中含淀粉(C。HoO5)n ，是一种多糖，本身没有甜味，但在唾液淀粉酶的作用下发生水解反应，转变为麦芽糖、蔗糖等有甜味的糖。多糖水解反应的反应速度本没有那么快，但在唾液淀粉酶的作用下，反应速度大大加快，唾液淀粉酶成为多糖水解反应的催化剂。因此，催化剂是指在化学反应里能改变反应物化学反应速率（既能提高也能降低）而不改变化学平衡，且本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质。催化剂为什么能加快化学反应的速度呢?这是因为，催化剂可以降低化学反应的活化能。例:H202的分解，无催化剂时，该分解反应的活化能为75.31KJ/mol，用过氧化氢酶催化时,活化能仅为8.37KJ/mol。

人体反应的催化剂就是酶。酶是指具有生物催化功能的高分子物质，在酶的催化反应体系中，反应物分子被称为底物，底物通过酶的催化转化为另一种分子。人体内有数千种化学反应，已经发现人体中有3000多种酶，每一种酶能催化一种化学反应，几乎所有的细胞活动进程都需要酶的参与，以提高效率。人体内存在一个极其复杂的催化体系。酶催化反应的特性，就是高效催化、条件温和、高度专一、活性可调。在常温、常压、生理pH下进行。催化效率比非催化反应高10⁸~10²⁰倍，比一般催化剂高10⁷~10¹³倍。其中高度专一是指，—种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产物。而酶的活性可调是，对酶生成与降解量的调节和酶催化效力的调节，可以通过改变底物浓度对酶进行调节。人体这坐化工厂，需要不断提供能量，才能够运行下去。人体不断的发热，运动、生长发育，也需要按时添加燃料，也就是我们的食物，以便使我们的身体得到热量和所需的材料。人体的能量主要完成三方面的任务：

一是使肌肉收缩。如走、跑、心脏跳动，一呼一吸以及胃肠的运动等;

二是使营养物质出入细胞内外。没有这种活动，全部细胞的活动都会停止;

三是细胞内外所进行的各种化学反应。

人体的大小活动，几乎都离不开能量。那么能量是从哪里而来呢？食物中所含的蛋白质、脂肪和糖，在人体各种酶的作用下燃烧，也就是被氧化，释放出能量，并产生二氧化碳和水。生物氧化反应就是指有机物在生物体细胞内氧化分解产生二氧化碳、水，并释放出大量能量的过程，又称细胞呼吸或组织呼吸。在三大产能营养素中，同样重量的脂肪、碳水化合物和蛋白质脂肪的产能最多，因此脂肪也被称为人体的燃料或能量库。

配位反应。体内微量元素的金属离子，绝大多数是以配位状态存在的，与它们相互作用的配位体，称为生物配位体。生物配位体除了简单的分子如水，和离子如氯离子之外，主要是由生物大分子如蛋白、磷脂、某些糖类，和核苷酸等，可以提供与金属离子配位的基团，并与金属发生配位反应，形成配位键，生成配位化合物。人体中微量金属元素，和蛋白质结合，形成金属酶，就是典型的配位反应的产物。