生命的物质基础

自然界的生命是在氨基酸产生之后才逐渐形成和出现的。科学家们发现，细胞中的生命物质有一半以上是蛋白质。组成蛋白质的基础就是氨基酸。已经知道的氨基酸有80多种，其中20种是组成蛋白质的基本材料。这20种氨基酸以不同的数目和顺序排列组合起来，就会产生千百万种不同的蛋白质，就像用26个字母可以写出无数个单词，用0～9的数码可以组成无数个数字一样。蛋白质在生物体内的不同部位发挥着不同的作用。心脏中的心肌蛋白会收缩和舒张；血管里的血红蛋白能把氧气运送到身体各部位，再把二氧化碳运到肺中，排出体外；细胞膜蛋白担负着细胞内外物质交换的任务；胃里的蛋白酶又能帮助食物消化分解。没有蛋白质，就没有生命的各种活动，就不会有生命的存在。

核酸是另一类重要的生命物质。1869年，瑞士生物化学家米歇尔在用胃蛋白酶分解细胞的蛋白质时，发现这种酶不能分解细胞核。在分析后发现细胞核主要由含磷的物质构成，性质不像蛋白质，就称它为核素。20年后，人们才弄清楚这种物质是酸，就称它为核酸。现在了解到，核酸不但存在于细胞核中，也存在于细胞质中，它不仅是重要的生命活性物质，而且与生物生长、发育、繁殖、遗传和变异都有密切的关系。

核酸和蛋白质一样，都是复杂的高分子有机化合物。蛋白质是氨基酸的聚合物，而核酸是单核苷酸的聚合物。组成一个核酸大分子的单核苷酸最少有几十个，最多能达到几百万个。每个单核苷酸都是由五碳单糖、碱基和磷酸三部分组成。五碳单糖又有核糖和脱氧核糖两种，它们分别是核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）的组成成分。RNA和DNA是对这两种物质的很方便的简称，而这两种物质在生物遗传过程中发挥着重大的作用。DNA能携带和传递由“上一辈”传下来的各种遗传信息。RNA能把这些信息转录下来，并指导合成新一代的蛋白质。因此，孩子长得像父母，种瓜得瓜，种豆得豆，就是因为DNA中保存了原来生物体的全部信息，通过RNA的翻译，使新生物体内的物质按老一辈的样子重新合成的结果。因此人们把核酸称为“生命的使者”。

虽然蛋白质和核酸是最重要的生命物质，但细胞中和生物的机体中，如果只有这两种物质还是不行的。糖类、脂类、酶、维生素等有机物和水、无机盐等无机物都是生命活动中不可缺少的物质。其中酶的作用特别突出，因为它能对食物消化、蛋白质合成及生命活动中的各种化学变化起催化作用。这样，酶的含量多少和活性大小就起到了对生物体新陈代谢过程进行管理和调节的作用，从而使生物体的生命活动和能量的利用得到了控制。如果没有酶，生物的新陈代谢就不能进行，生命就会停止。酶的本质也是蛋白质，但与蛋白质有些不同，因为有些酶是单纯的蛋白质，而有些酶却是蛋白质与非蛋白质物质结合的产物。而且酶可以在细胞外起作用，如酿酒过程就是一系列酶催化下的反应。

生物体内酶的种类非常多，功能也各不相同。不过酶有一个特点，就是专一性。一种酶只能对一种化学反应起催化作用。比如淀粉酶只能使淀粉加速变成葡萄糖，而不能使蛋白质水解；蛋白酶只能使蛋白质更快水解，而不能使淀粉水解。所以酶是一大类由活细胞产生的、有催化作用和高度专一性的特殊的蛋白质，被称为生物催化剂。

生物体内的新陈代谢过程是不能毫无控制地进行的，必须根据具体情况进行“管理”。例如跑步时要加强能量的供应，饭后要加速食物的消化等等。怎样管理呢？高等动物是由神经系统来进行调节的，调节的办法就是控制酶的含量和活性。这样生命活动中错综复杂的新陈代谢过程就能按一定规律，随着需要和环境变化而有条不紊地进行。所以酶是重要的生命物质。

酶的催化作用过程，现在还没有弄得很清楚，但它的巨大作用人们看得非常真切。不少种化学反应在生物体外几乎难以进行，或者需要极为特殊的条件，但在生物体内却能迅速顺利地完成。例如绿色植物能从周围环境中吸收二氧化碳和水，合成复杂的糖类、蛋白质和脂肪，把光能变成化学能贮存起来，这一复杂的变化只需几秒到几分钟。动物吃下的肉食，在消化道内，几小时就被消化吸收了，又进一步在细胞内被分解成二氧化碳和水，同时释放出能量，供生命活动的需要。在植物、动物体内，条件很温和，没有高温高压，而许多复杂的化学变化却能轻而易举地进行，靠的就是酶的作用。而且酶在反应前后，其数量和性质并没有改变。所以少量的酶就能使大量的物质发生化学反应。因此，生物体内酶的种类很多，而每一种酶的含量并不多。

总之，复杂的生命过程是以复杂的物质及相互的变化作基础的。过去，人们认为细胞里有一种物质叫“原生质”，它是生命的物质基础。后来，人们逐渐认清组成原生质的各种元素在生物体内都是以各种形态的化合物形式存在的。这就是我们上面讲到的各种物质。所以“原生质”并不是一种物质。现在多数科学家都不再使用这个名词了。

细胞既然是活的，细胞内的物质就不是彼此孤立静止地存在，而是处在永不停止的新陈代谢过程中，也就是处在经过同化向异化转变的过程中。各种生物的新陈代谢，在生长、发育和衰老的不同阶段情况也不相同。人在幼儿、少年时期，生长发育快，需要很多的新物质来建造身体，因此新陈代谢旺盛，同化作用占主导地位。到了中年，同化和异化作用基本持平。到了晚年，身体机能退化，新陈代谢变得缓慢，同化作用减弱，异化作用就变得明显了。

许多动物要冬眠，如爬行类的蛇、两栖类的蛙、部分鱼类、节肢动物中的一些昆虫、哺乳类的黑熊、睡鼠等。睡鼠冬眠时，如果捉住它，把它摔在地上，也不会醒来。还有一些动物为了避暑而进行夏眠，例如蜗牛就会在酷夏之时，躲在阴凉的地方，用蜡膜封住螺口，静静地一动不动。

动物为什么要进行冬眠或夏眠呢？这是动物对不利环境的一种适应。冬天，气温很低，许多变温动物由于体内调节功能差，体温随之降低，新陈代谢活动大大减慢，难以维持正常活动所需的物质和能量，只好静止不动，减少消耗，用最少的物质和能量维持生命的最低需要。冬天，食物来源少，就是鸟类和哺乳类中的一些恒温动物，也要靠冬眠来渡过缺少食物的寒冷季节。至于夏眠，也是为了对付不适于正常新陈代谢的外界环境。

但是动物在休眠期，并没有停止新陈代谢。虽然表面看不吃不喝，其实仍然要靠体内储藏的营养来维持生命。所以休眠前，动物都要做好准备。比如黑熊从9月到11月，总是不顾一切地大吃大喝，而且还专门选择热量高的坚果、玉米、土豆等食物。冬眠前胖乎乎的黑熊，冬眠醒来，体重大大减轻，这就是冬眠中大量消耗的结果。可见，新陈代谢是生命的最重要的特征。新陈代谢过程一旦停止，生命就随之结束了。