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生命核心过程是氢氧反应!

来源: 孙学军 氢思语 编辑:James&Ani 时间:2019-09-16 09:10:29

按照尼克教授的说法,整个生命世界,能算上奇迹中的奇迹的一个就是光合作用。光合作用和呼吸作用对应,两种生命过程如果用一个最简单的公式来表达,就是:氢氧反应产生水。光合作用是把水变成了氢和氧,氧气释放到环境,也可以释放氢气,只不过进化过程中,氢原子和二氧化碳发生了反应变成了葡萄糖。而潜藏在葡萄糖中的氢原子在呼吸作用过程中,和氧气发生了反应产生了水。光合作用劈开水分子,把能量存放在氢和氧的两个物质的势能中,其中氢放在有机物中,氧气释放到大气中。呼吸作用把氧气和氢结合成水,同时是把光合作用吸收的太阳能释放的过程。

光合作用可分解为5个子过程

第一步是放氧复合体把水分子进行固定,做好把水的电子释放的准备。

第二步是光线把光系统II激发,这是光能进入生物系统的接入点。激发的光系统II能从放氧复合体中抢夺电子,使放氧复合体完成放氧。

第三步是光系统II把抢来的电子传递出去,同时会消耗能量产生ATP,并把电子传递到光系统I。

第四步是光线把光系统I获得的电子进一步激发,把NADP还原为NADPH。

第五步是NADPH还原二氧化碳为葡萄糖。这个过程是暗反应。

许多人误解是光合作用消耗了二氧化碳,产生了氧气,因为植物会吸入二氧化碳,释放氧气。其实从上面的光合作用细节中可以明确,光合作用的本质是把水分解成氧气和氢原子,氢原子通过多个步骤还原二氧化碳变成碳水化合物。

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这是最近几年我最喜欢的科普著作之一!不仅对理解氢气的生命地位,而且对深入理解生物学,回答某些曾经疑惑的问题,提供了重要帮助。例如你知道人类基因组中垃圾基因怎么会那么多?书中就提供了精彩的答案。

作者尼克·莱恩(Nick Lane)是一位生物化学家,伦敦大学学院遗传、演化与环境系教授(Reader)。2010年,本书获得科普书最高荣誉——英国皇家学会科学图书奖,并被《新科学家》《自然》《泰晤士报》和《独立报》选为年度图书之一,《独立报》描述他为“我们时代最令人激动的科普作家之一。

目录

导论

第一章 生命的起源——来自旋转地球

第二章 DNA——生命的编码

第三章 光合作用——太阳的召唤

第四章 复杂的细胞——决定命运的相逢

第五章 性——地球上最大的彩票机构

第六章 运动——力量和荣耀

第七章 视觉——来自盲人之地

第八章 热血——打破能量壁障

第九章 意识——人类心智的根基

第十章 死亡——不朽的代价

呼吸作用的本质则是相反,是把葡萄糖等碳水化合物,经过三羧酸循环,产生了氢原子或电子(氢原子和氢离子+电子是等价的),然后通过氧化磷酸化过程,将电子一步步传递到氧气,把氧气还原为水。在氧化磷酸化电子传递过程中,电子能量逐渐释放能量把把质子(氢离子,这里的氢离子来自水的自然分解)泵入线粒体内,产生跨膜质子梯度,ATP合成酶利用这个梯度电化学能合成ATP。大家可以看清楚,呼吸过程本质是将存放在葡萄糖中的氢原子提取出来和氧气反应产生能量。

从呼吸过程本质来看,就是把葡萄糖存放的氢原子释放出来和氧气反应产生水的过程,这个过程释放的化学能以合成ATP的方式被细胞利用。

光合作用是生物系统能量的输入口,呼吸作用是利用光合作用存下的化学能进行生命物质能量代谢的过程。本质上说,宇宙中一起运动都来自能量的转化。虽然太阳系中一切能量都来自太阳,地球上生命能量也都来自太阳光能。但从质量能量转化率来讲,生物却是能量转化效率更高的过程。尤其是低等生命如细菌的能量转化效率,是超过太阳核能转化效率无数倍的过程,即使是人体的能量利用效率虽不如单细胞生物,也远远超过宇宙中恒星的能量转化效率。在能量转化这个最核心过程中,光合作用可以简化为光线分解水为氧气和氢的过程,呼吸过程则是氢原子和氧气反应产生水的过程。

另外,氧气产生往往被认为是光合作用的突出特征,有一些光合作用并不是产生氧气,而是产生氢气。如一种光合作用定义是:绿色植物利用叶绿素等光合色素和某些细菌(如带紫膜的嗜盐古菌)利用其细胞本身,在可见光的照射下,将二氧化碳和水(细菌为硫化氢和水)转化为储存着能量的有机物,并释放出氧气(细菌释放氢气)的生化过程。

可以简单推测,光合作用是把阳光能量转化为分解水为氢和氧气,能量是存放在氧气和氢之间的势能中。这个过程可以是释放氧气,当然也可以是释放氢气的过程。确实在某些光合细菌能产生氢气,这往往不被广泛了解。

总之,生命的核心化学基础可以简化为:氢氧反应成水,或水分解为氢氧。

标签:氢医学   原理  专家学者

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