這是一張?jiān)刂芷诒?/p>
現(xiàn)在有118個(gè)元素
未來有多少，我們不能確定
所有的物質(zhì)都由這些元素構(gòu)成
用化學(xué)手段無法再分解它們
構(gòu)成這張表的118個(gè)元素中
拿出8個(gè)元素
氫，碳，氮，氧，鈉，磷，硫，鉀
我們的故事從這八個(gè)元素開始
碳基生命
構(gòu)成生命的最主要元素就是這8個(gè)
其中有一個(gè)元素主宰著整個(gè)生命
在科幻小說里經(jīng)常會(huì)聽到一個(gè)名詞
碳基生物
是的，我們就是碳基生物
有機(jī)化學(xué)其實(shí)就是碳化學(xué)
為什么會(huì)是碳？
這要從原子結(jié)構(gòu)說起
各種原子能夠結(jié)合到一起是因?yàn)榛瘜W(xué)鍵的作用
具體來說就是它們外層電子數(shù)量不同
其中最穩(wěn)定的就是元素周期表最右邊這一列
氦氖氬氪氙氡
除了氦的最外層電子是2個(gè)（因?yàn)樗挥?個(gè)電子）
其他的幾個(gè)最外層電子都是8個(gè)
是最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)
所以被稱為惰性氣體
后來在實(shí)驗(yàn)室里
人們用一些方法打破了他們不能化合的神話
于是被稱為稀有氣體
所有的原子都會(huì)追求最外層8電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)
但是除了稀有氣體這一列
其他的元素最外層都少于8個(gè)
比如氧原子
一共有8個(gè)電子
但是分成兩層，
第一層是2個(gè)電子，
第二層是6個(gè)電子
要達(dá)到穩(wěn)定
就需要在最外層加入兩個(gè)電子
有一種方法是跟鄰居一起分享電子
比如這時(shí)候再來一個(gè)氧原子
兩者靠得很近的時(shí)候
兩個(gè)氧原子分別出兩個(gè)電子緊密聯(lián)系到一起
這四個(gè)電子就變成共用電子對
對于任何一個(gè)氧原子來說
都多了兩個(gè)電子
最外層就形成了穩(wěn)定的8電子結(jié)構(gòu)
于是他們就穩(wěn)定在了一起
這個(gè)結(jié)合叫做共價(jià)鍵
穩(wěn)定的兩個(gè)氧原子就形成了O2
也就是氧氣分子
當(dāng)然不一定要跟同族的共享，
也可以跟不同元素一起形成共價(jià)鍵
比如一個(gè)氧原子和兩個(gè)氫原子，各自形成一個(gè)共價(jià)鍵，就是H?O，也就是水分子。
再看看氯元素
有17個(gè)電子
第一層2個(gè)，第二層8個(gè)，最外層7個(gè)電子
這時(shí)候最外層再來1個(gè)電子就能形成8電子結(jié)構(gòu)
他可以找一個(gè)氯元素形成一個(gè)共價(jià)鍵，變成氯氣Cl2
也可以有另一種方法
那就是從別人那搶一個(gè)電子過來
跟誰搶呢？
看看這位老兄，
鈉元素
它有11個(gè)電子
第一層2個(gè)，第二層8個(gè)，最外層1個(gè)電子
這時(shí)候如果鈉元素想要穩(wěn)定
要么去搞7個(gè)電子過來形成8電子
要么把最外層這1個(gè)送走
這樣第二層8個(gè)就變成最外層，
形成了穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。
顯然送走1個(gè)比弄7個(gè)過來更容易
當(dāng)氯和鈉相遇，
一拍即合，天雷勾動(dòng)地火。
鈉給了一個(gè)電子給氯
大家都滿足了
而此時(shí)
鈉少了一個(gè)電子變成了帶正電，
氯多了一個(gè)電子變成了帶負(fù)電。
所謂異性相吸，
他們就因?yàn)檫@一個(gè)要一個(gè)送，
被牢牢地吸在了一起
形成了穩(wěn)定的NaCl分子，
也就是我們常說的食鹽，
這一成鍵方式叫做離子鍵。
現(xiàn)在我們再看碳元素
它一共6個(gè)電子，
第一層2個(gè)，最外層4個(gè)
失去4個(gè)和得到4個(gè)難度都差不多
所以碳主要形成共價(jià)鍵（也有例外）
如果我們把元素之間的化學(xué)鍵理解為手拉手，
碳元素就是有4只手在呼喚同伴
這樣如果同伴只有一只手
他可以拉4個(gè)入伙
同伴有兩只手
他可以拉兩個(gè)入伙
也可以拉一個(gè)三只手同伴加一個(gè)一只手同伴
相較于其他元素，方式是多種多樣的
這一點(diǎn)也造就了以碳為基本元素的化合物種類極為豐富
才能最終演化出碳基生命。
化學(xué)還是生物？
現(xiàn)在看看碳組合出來的化合物
首先我們要明白
有機(jī)化合物至少包含一個(gè)碳?xì)滏I
也就是碳和氫組成的共價(jià)鍵。
一個(gè)碳?xì)浠衔镏缓刑己蜌?/p>
但是他們可以排成長長的鏈條
形式多種多樣
碳和碳之間成鍵構(gòu)成骨架，
碳碳鍵可以是單鍵，
也可以是雙鍵，
也可以是三鍵
其余位置由氫來和碳成鍵。
碳?xì)滏溈砷L可短，
可以是樹枝狀的，
也可以是環(huán)狀。
如果在碳?xì)浣M合中加上一點(diǎn)氧，
可以形成丙三醇，也叫甘油，長這樣
也可以形成不同類型的脂肪酸，比如癸（guǐ）酸，長這樣
都是由碳?xì)浠衔锛尤胍恍┭踉貥?gòu)成的
一個(gè)甘油和三個(gè)脂肪酸可以組成甘油三酯
也就是我們所說的脂肪
脂肪能夠幫助我們儲存能量
如果我們再多加一些氧
會(huì)形成糖
他們不是形成一個(gè)長鏈
而是環(huán)狀結(jié)構(gòu)
有一種糖是生命的燃料
他的名字叫葡萄糖
絕大部分生物都以葡萄糖（C6H12O6）供能
當(dāng)然還有很多其他種類的糖
比如果糖，蔗糖，乳糖
這都是我們?nèi)祟惤?jīng)常會(huì)吃下去的糖
有兩種只有5個(gè)碳的糖對生命至關(guān)重要
4個(gè)碳組成環(huán)狀，一個(gè)碳掛在外面
左邊的這個(gè)叫做核糖
右邊這個(gè)比左邊少了一個(gè)氧原子
叫做脫氧核糖
這兩位我們后面還會(huì)遇到
孤零零的一個(gè)糖分子，叫做單糖
單糖能夠串在一起形成多糖
植物會(huì)制造一種由很多葡萄糖分子聚合在一起的多糖
它的名字叫做淀粉
是生物的能量來源
如果葡萄糖成鍵的結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)一些差異
會(huì)形成另外一種不同的多糖
叫做纖維素
它比淀粉更為堅(jiān)固牢靠
是植物細(xì)胞壁的主要成分
木頭，芹菜的纖維，馬鈴薯的皮等等都是纖維素組成。
纖維素是地球上最古老，最豐富的天然高分子，
雖然不能夠被人體吸收，
卻是人體七大營養(yǎng)素之一
一個(gè)比較有名的功能是促進(jìn)排便。
如果加上氮元素會(huì)怎樣？
當(dāng)我們把氨基（NH2）加入到帶有兩個(gè)碳的有機(jī)酸里
就會(huì)形成氨基酸
氨基酸結(jié)構(gòu)非常多
理論上有無數(shù)種可能
但在我們身體里主要是20種
他們的分子結(jié)構(gòu)長這樣
氨基酸的獨(dú)特之處在于
任意兩個(gè)都可以首尾相連
形成太監(jiān)
搞錯(cuò)了，重來
形成肽鍵
帶有兩個(gè)氨基酸的基團(tuán)叫做二肽
二肽也有相同的尾巴
然后就能把第3個(gè)，第4個(gè)，第N個(gè)氨基酸連上去。
叫做多肽
這些多肽鏈上有許多點(diǎn)位帶有微量的電荷
他們會(huì)互相吸引或者排斥
這些力把多肽鏈的一些部分?jǐn)Q成了圈
也就是α螺旋
另外一部分通過反復(fù)折疊，
形成了平整度不一的β片層
氨基酸的獨(dú)特之處在于
任意兩個(gè)都可以首尾相連
形成太監(jiān)
搞錯(cuò)了，重來
形成肽鍵
帶有兩個(gè)氨基酸的基團(tuán)叫做二肽
二肽也有相同的尾巴
然后就能把第3個(gè)，第4個(gè)，第N個(gè)氨基酸連上去。
叫做多肽
這些多肽鏈上有許多點(diǎn)位帶有微量的電荷
他們會(huì)互相吸引或者排斥
這些力把多肽鏈的一些部分?jǐn)Q成了圈
也就是α螺旋
另外一部分通過反復(fù)折疊，
形成了平整度不一的β片層
而這些多肽鏈掛在外面的側(cè)鏈
有些是親水的，有些是疏水的
當(dāng)折疊且扭曲的多肽被水包圍后
會(huì)盡量讓疏水的側(cè)鏈卷在里面以遠(yuǎn)離水
使得它的結(jié)構(gòu)越來越緊密
最終變成了一團(tuán)壓縮的物質(zhì)
形成了一個(gè)三維的三級結(jié)構(gòu)
這時(shí)候一個(gè)蛋白質(zhì)就形成了
有些蛋白質(zhì)由兩條或者更多的多肽鏈組裝在一起
我們將這種最終結(jié)構(gòu)叫做蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)
蛋白質(zhì)承擔(dān)著生物體內(nèi)的無數(shù)職責(zé)
是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者
現(xiàn)在我們把目光投向另一類含氮的有機(jī)物
他們長這樣
分別叫做腺嘌呤，鳥嘌呤，胞嘧啶，胸腺嘧啶，尿嘧啶
用字母代替分別是，A,G,C,T,U
變成了字母是不是很熟悉了
當(dāng)然，
現(xiàn)在還沒到我們印象中的基因
因?yàn)檫€要加上一些其他東西
其中的4個(gè)堿基A,C,G,U與核糖之間存在吸引力
比如堿基A與核糖結(jié)合，
會(huì)得到一種叫做腺苷的物質(zhì)
這時(shí)我們需要磷酸鹽出場了
前面講糖類的時(shí)候我們提到了核糖
是環(huán)形結(jié)構(gòu)，但是有一個(gè)碳在環(huán)的外面
磷酸鹽此時(shí)過來，和這個(gè)突出來的碳結(jié)合
形成了腺苷一磷酸，代號AMP
再掛一個(gè)磷酸鹽，形成腺苷二磷酸 ，代號ADP
再加上一個(gè)磷酸鹽，形成了腺苷三磷酸，他的代號叫ATP
學(xué)過生物的應(yīng)該都知道ATP老兄
當(dāng)我們需要消耗能量時(shí)，都需要ATP來觸發(fā)，
可以理解為生命活動(dòng)的鑰匙
具體的我們以后再講。
當(dāng)然，除了堿基A可以合成ATP
堿基C,G,U也可以合成對應(yīng)的核酸磷酸鹽
分別叫做 CTP,GTP,UTP
再次讓我們回到核糖
之前我們講過有一種糖比核糖少一個(gè)氧原子
我們叫做脫氧核糖
如果把上面的結(jié)構(gòu)用脫氧核糖取代核糖
就得到了脫氧核糖磷酸
當(dāng)然這里有一點(diǎn)點(diǎn)變化
就是脫氧核糖不再和U結(jié)合，而是和堿基T結(jié)合
好了，我們要觸碰到生命的密碼了
前面我們提到堿基A 與一個(gè)核糖結(jié)合，再加上一個(gè)磷酸鹽的叫AMP，
對應(yīng)的也有GMP，CMP，UMP
同樣的，用脫氧核糖取代核糖也有四個(gè)，
dTMP, dGMP，dCMP，Dtmp
這些成分，叫做核苷酸
這些核苷酸會(huì)聚合到一起
通過磷酸鏈接起來
而堿基掛在外面
核糖形成的核苷酸聚合起來叫做核糖核酸，代號RNA
脫氧核糖形成的核苷酸也能聚合在一起形成一條鏈
不過要用T來換掉U，其他的堿基不變
其中A,C,G,T之間能夠一一配對
A和T完美契合，G和C互為一對
他們之間通過氫鍵結(jié)合在一起
兩條核苷酸之間通過這種配對方式聯(lián)結(jié)在一起
像一條螺旋一樣互相纏繞著
形成了脫氧核糖核酸，
也就是我們常說的DNA
這就是生命的密碼
記錄著我們所有的信息以及指揮我們所有的生命活動(dòng)。
現(xiàn)在我們已經(jīng)基本了解了生命需要的所有原材料
脂肪，糖類，蛋白質(zhì)，磷酸和核酸，當(dāng)然，還有水
把這些都混合到一起就能產(chǎn)生生命么？
當(dāng)然沒那么簡單
一切才剛剛開始
他們要給自己創(chuàng)造一個(gè)房間
所有的這些化合物
在這個(gè)房間中一起工作
構(gòu)建出所有生命的基本單元
細(xì)胞
下一期，我們來看看細(xì)胞內(nèi)部怎么工作！
知道的越多，恐懼的越少
我們是三個(gè)老爸實(shí)驗(yàn)室
你的每一次素質(zhì)三連都將決定未來內(nèi)容市場的方向
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碳基生命們！
