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酒囊饭袋(3)

已有 8535 次阅读 2007-6-28 15:57 |个人分类:系列散文:器官自然史|系统分类:科普集锦

        作为原初设计,胃的储存功能确实相当完善,在存储食物之余,它甚至还发展了物理研磨的能力。借助微生物的帮助,部分草食动物的胃可以分解纤维素。但是,真正奠定胃在消化系统中的地位的,是其对蛋白质的分解能力,在很多动物体内,这里是蛋白质崩解的开始。

        真的胃腑,当坚决拒绝外来的砂石,也不屑和细菌打成一片。真的胃腑,当直面各类食物,依靠自身实力瓦解顽固大分子。真的胃腑,当如反刍动物的皱胃、鸟类的腺胃,或者最起码,像人的单胃,持有以自己冠名的强力武器。

        这道武器就是胃液中的蛋白酶。胃蛋白酶的前身叫做胃蛋白酶原,是由胃底的主细胞分泌的,在胃酸的激活下,就会露出狰狞面目。蛋白酶的唯一工作,就是促使复杂的大分子蛋白质分解为小个头的多肽,再进入肠道进行下一道工序。这个过程中的蛋白酶只是催化剂,就像一把斧头,把大块头蛋白分子切碎后,自身却并不发生改变。

        有意思的是,胃蛋白酶本身也是蛋白质,能够分解蛋白质的蛋白酶为什么不分解自己?这看上去似乎像罗素的理发师悖论,不过可以解释。首先,胃蛋白酶并不能分解所有的蛋白质,只有该蛋白质具有可作用的位点时酶才发挥催化作用。一个理所当然的例子就是,人们并不能依靠吃头发过活,按理来说头发的主要成分就是蛋白质呢,可惜角蛋白并不能被分解。其次,就算胃蛋白酶有其自身的催化位点,但是在众多更合适的食物蛋白底物的竞争下,降解速率将会很低。再次,即便部分蛋白酶被分解,因为有主细胞的不断分泌,酶的含量也会保持动态平衡。最后,在上述推理之外,还有一个事实,胃蛋白酶进入肠道后,将被肠道内的其它蛋白酶降解,并不会浪费,您大可放心。

        胃蛋白酶的活性有赖于酶原的激活,它也只能在酸性环境中起作用,当pH值大于5时,就和其它蛋白质毫无区别,只等着被别的蛋白酶消化。为了满足这种苛刻要求,胃壁细胞不得不分泌强酸性物质,美其名曰胃酸。要在装满2升的饕餮大餐之后,还保持胃部pH=2的酸性环境,胃酸不仅得酸性够强,而且必须持续分泌。

        在动物体内寻找符合条件的元素组合,是一件很轻松的事。细胞中含量最多的非金属元素有:氧、碳、氢、氮、磷、氯、硫等,能组合出硫酸、硝酸、磷酸和盐酸等强酸,其中只有盐酸是无氧酸,结构简单(只有两个原子),来源广泛(在血液中含量接近一半)。最重要的是,氯元素在动物体内主要以游离状态存在,而组成硫酸、磷酸和硝酸的硫、磷、氮大都紧密结合在复杂的蛋白质或核酸中。如此一来,只有盐酸符合要求,好,就它了。

        盐酸于是成为胃液的另一杀手锏,它酸性够强,游离的氢离子甚至可以成为制氢原料。将工业浓盐酸稀释三十倍后,就成了胃酸,pH值可以达到0.5,不仅提供强酸环境杀灭细菌,溶解铁器也是绰绰有余。吉尼斯世界纪录中记载有一个叫米歇尔的法国人,听说他每天可以吃900克金属。我一直认为他很可能同时保有打嗝纪录,毕竟盐酸遇到很多金属是会产生氢气的。铁矿老板们思索着如何推广这种能力,但是烟草商不会答应,满腹氢气的男人肯定不再敢每天烧两包香烟。

        胃液的量和性质与伙食关系密切。胃内平时胃酸不多,以免对胃本身造成伤害,但在少数几次的进食机会中,人胃一天将分泌多达3升盐酸。进食5-10分钟后,胃酸分泌就明显增多,这是由食物刺激口腔食道的感受器,使神经中枢兴奋引起的,即便食物没有真正进入胃部,胃液也会持续分泌甚至长达几小时。有些英勇的狗只在假伺实验中,食物被瘘管从食道下端导出,结果胃液还是汩汩而出,分泌不断。在这里,我要对巴甫洛夫……的狗表示敬意,为了揭示条件反射原理,这些可爱的无名狗在实验中遭受了无尽的羞辱,一座纪念碑绝不为过。

(图1:巴甫洛夫团队和光荣狗只,有诺贝尔奖得主在前,它当然不是主角。)

         食物进入胃部,进一步促进胃液分泌,大概在进食1小时后分泌达到高峰。食物中蛋白质含量高,胃液的分泌总量就多。这是因为蛋白质除了让我们的大脑皮层兴奋之外,还能让迷走神经兴奋莫名,进而促进胃底分泌一类激素。这种奇妙蛋白质分子叫胃泌素,顾名思义,它具有强烈刺激胃液泌出的作用。虽然危险,却是不得以而为之,高蛋白质要求较多的蛋白酶才能消化。

        同理,食肉动物比植食或杂食动物的胃液浓度都要高,平均胃酸水平大概是人类的20倍,达到了工业浓盐酸的一半。以骨头为生的胡兀鹫的胃宛如强酸桶,唯有如此才能过活。因为它生性懒惰、与世无争,居然专捡别人吃剩的骨头。和小羊腿差不多大小的骨头能够整个吞下,再大的就得使出高空抛物术,击中石头使之破碎。

(图2:高空抛骨和伺机偷食都是胡兀鹫的幼儿园必修课程)

        胃蛋白酶是危险的武器,盐酸也不是善与之辈。上文讲到它们如何防止自己被消化,不过这还不够,要知道包裹它们的正是一块优质的蛋白,谁不想尝两口?猪肚羹从红遍南北,难免胃酸不起歹意,所以胃得想办法避免自己被消化。

        胃有何高招?水来土淹法虽然被动,至少聊胜于无。胃有很强的再生能力,每分钟胃的表面就能够产生约50万个新细胞,按照这个速度,只需三天,就可以再造一个新胃。也就是说,人体再生能力最强的器官并非肝脏,而是最不起眼的胃。即便有这顶高帽子,胃的再生能力还是比不过胃酸的洪流,只需要几个小时,胃酸就可以把胃壁组织全部溶解。

        所以还得另请高明,组建隔离墙是个好办法。胃壁细胞分泌黏液,凝胶牢固黏附于胃粘膜上皮表面,厚约0.5毫米,这是物理屏障。除此之外,它还是混合有化学武器--碳酸氢盐。碳酸氢根离子中有且只有一个氢原子,它肯定属于双子座,在保有自己特质同时还具有双重人格。不管是遇上氢离子还是对头氢氧根离子,碳酸氢根离子都能套上近乎。这种体质和性格,使得黏液-碳酸氢盐屏障不仅可以抵抗化学、机械和热刺激,还能降低胃酸的酸度和蛋白酶的活性。

        主动与被动防御相结合,貌似已经固若金汤,其实还是"漏洞"百出。





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