“人體發電站”：細胞中的分子機器如何運轉

難道這種工業場面存在於我們的機體中嗎？細胞中的這些“機器”從哪兒來？質子又來自哪裡？難道這些類似超市轉門的設備數以百萬計地“住”在我們體內？

所有這些問題和答案均來自於微生物學家和生物物理學家，他們希望瞭解人們吃下的各種食物如何轉化為為身體每塊肌肉提供能量的物質。轉化循環十分複雜，以至於詳盡闡釋可能要寫本書。簡言之，就是食物被咀嚼和吞咽後進入胃，在那裡經歷各種形態變化，以便後續吸收。在各種酶的作用下，食物在腸道內進一步消化，碳水化合物在這裡轉化為葡萄糖，油脂和蛋白質在這裡得到分解。

隨後葡萄糖進入細胞，在那裡一分為二，然後以這種形式（被稱為丙酮酸鹽）進入線粒體。

線粒體是大部分生物體（動物、植物、真菌）細胞不可或缺的組成部分。一種說法是，線粒體曾以獨立的機體形式存在，不在我們體內，因此至今仍保留著自己獨特的（線粒體）基因組。也就是說，人體的每個細胞中都有這種有著獨特基因組的物質！但曾幾何時，還在古時，它們曾與我們的細胞融合在一起，為將食物轉化為能量提供保障。這種合作富有成效，對兩種機體都有利，被稱為“共生”，延續至今。

這樣一來，（在三羧酸循環中）葡萄糖的一部分——丙酮酸鹽進入線粒體後，被逐步氧化。

線粒體內不遠處有煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD，簡稱輔酶I），其形成過程中氧化產生的能量引發質子分解。

這一複雜的轉化循環中終於出現那個合成ATP分子所必需的質子了！從這張主插圖可以看出，這些質子在進入“機器”前，在線粒體膜下方飛速移動。實際上，直至今日，科學家仍不理解，它們是如何進入“機器”的。畢竟這些質子可以漂到它們任何想去的地方！但不知為何它們一直待在線粒體膜附近，直接在“機器”入口處“扎堆”。俄羅斯國家研究型工藝技術大學“莫斯科國立鋼鐵合金學院”（NUST MISiS）研究人員聯合奧地利林茨約翰內斯·開普勒大學生物物理學院的專家經過縝密實驗得知了其中的奧秘。

MISiS理論物理和量子技術教研室工作人員謝爾蓋·阿基莫夫解釋稱：“質子以水為介質在線粒體中移動。眾所周知，水分子由兩個氫原子和一個氧原子組成。除水分子內部的化學鍵外，這些原子還與鄰近水分子形成較弱的聯繫，被稱為氫鍵。線粒體膜表面附近的水分子內部化學鍵比較特別，因為一面是水，一面是膜。而膜附近的氫鍵則是另外一回事，數量和結構都不同。質子正是以它們為‘軌道’沿線粒體膜向前推進。我們的研究顯示，質子‘喜歡’這種結構，它不會深入葉粒體內部，而是沿膜高速移動。”

這樣一來，質子就被“俘獲”，用來形成人體最主要的能量分子——ATP。ATP為我們的所有動作提供能量，維持恆定體溫。它是萬能的“蓄電池”，可為細胞內發生的大多數反應提供能量。這樣一來，蛋白質、碳水化合物、脂肪的合成、鞭毛和纖毛的運動、物質運輸、細胞排泄就有了保障。ATP分解會釋放我們所需的能量。

以上基礎研究成果幫助科學家進一步瞭解細胞能量產生的普遍機制，為藥理學開啓廣闊前景。這一成果可用於研制解毒藥劑，預防甲亢等相關疾病。產生這些疾病時，線粒體中會聚集解偶聯物質——脂溶性的弱酸，造成質子滲漏，從而減少ATP的總體合成。俄羅斯科學家的新發現為從細胞入手如何恢復能量指引了方向。