在自然界中,我们所熟知的天然高分子化合物你知道有哪些吗?它们就在我们每天接触的米饭、馒头、蔬菜、肉类、蛋类等食品中广泛存在。我们前面已经知道的淀粉、纤维素等天然高分子化合物就是与我们每日不可缺少的物质。
我们知道,淀粉大多存在于植物的种子中,如大米含80%、玉米含60%、小麦含70%,在薯类的块茎及干果中也大量存在,还有许多野生植物的种子或组织中也大量存在着。纤维素是植物纤维的主要成分,它和半纤维素、木质素等一起,构成了植物的骨架。棉花中90%以上是纤维素,其他如树木、麻、野生植物及各种作物的杆茎中也有大量的纤维素存在。
但是,无论是淀粉,还是纤维素,它们都是生命有机现象中特有的天然高分子化合物,人们又把它称之为碳水化合物,以表示其组成相当于碳的水合物。
淀粉可被应用于调制工业用的淀粉糊,如在纺织工业中用它来做浆料,用以防止织布或织纱时发生中断。人们还利用淀粉可和葡萄糖转换的特性,用酶水解的方法在工业上制取葡萄糖。
对于纤维素的利用,往往是和半纤维素或木质素联系在一起利用的。人们可用半纤维素经过水解、发酵制取酒精;人们还可以把木质素用无机酸分解,最后可以制造成肥料——氨化木素。这是一种很好的肥料,它对多种作物有增产效果,不仅提供作物生长所需要的氮素,而且施入土壤中后,经微生物作用,就被转化为胡敏酸这种当前使用很广泛的一种新型有机肥料。
纤维素遇碱,只引起纤维素的膨胀,形成碱化纤维素,却仍然保持着原来的骨架。在生产上,人们利用这一化学原理将含纤维素原料和碱液一起蒸煮,这时木质素和半纤维素就溶解于碱液中,而与纤维素分离。得到的纤维素浆液,纯度较高,可用来造纸和制造人造纤维。分离后的废液,还可再利用制造酒精、食用酵母、饲料酵母及生产长效肥料。
这些对于淀粉、纤维素的利用,基本原理就是利用了在淀粉、纤维素和葡萄糖这三种碳水化合物之间的相互转化!这种利用化学合成的转化,实际上远远赶不上生命本身对于它们的转化,不信我们来看看自然界的生命体之间是如何“互通有无”的。
植物的光合作用其实也是一种能量的转化。这种转化首先是植物吸收了太阳光后,经过光合作用,发生了能量的交换,把光能转化成了化学能,而这些化学能以糖、淀粉的形式储藏起来。在植物体的各个不同的发育期中,碳水化合物的生成和蓄积的动态是不同的。例如,在稻谷发芽时,种子中的淀粉迅速分解,因此糖分就迅速增加,通过糖分的生物氧化作用,供给幼苗初期生长所需能量。到了成熟期,水稻体其他各部分的淀粉含量不断减少,以可溶性糖的形态向穗部输送,稻穗中的淀粉则迅速蓄积。
可见,三者之间的转化只是遵循一条原则,那就是“生命生长需要”这条最高的原则。人体中的这种转化也正是遵循这一原则。
例如,我们吃在嘴里的一口饭,会越嚼越甜,这就是有一小部分米饭中的淀粉被唾液中的酶分解成麦芽糖的缘故。食物进入胃肠后,又受到胰脏分泌出来的比唾液淀粉酶效力更强的胰液淀粉酶作用,继续水解形成葡萄糖,再通过小肠壁,被吸入血液中,当人体肌肉活动或工作需要能量时,潜藏着化学能的葡萄糖又被氧化,放出热量。
多余的葡萄糖在肝脏中组合成动物性淀粉——肝糖而储存起来。肝糖是动物体内的储备糖,就像淀粉是植物的储备糖一样,也能被分解成糊精、麦芽糖、葡萄糖等,所以当人体需要营养时,肝糖就又再转化为葡萄糖。当然,在肝脏内肝糖的储量是有一定限度的,多余的葡萄糖还可以在细胞内转化为脂肪。人体中葡萄糖可以由一些蔬菜中的纤维素转化而来。当人体患糖尿疾病的时候,这时人体中胰脏分泌胰液的能力下降,因此病人常需要注射胰岛素(即胰液淀粉酶)来增加体内糖分的转化,从而维持身体的糖分平衡。现在,你知道每天在我们的身体里发生着怎样的化学反应了吗?
碳水化合物之间的相互转换是从一个最高的“生命需要”原则出发的,人们正是研究了这个原理,才对淀粉等天然高分子化合物积极利用的。