1665這一年：印度泰姬陵在12年前完工；一年多以後，牛頓將看見蘋果從樹上落下並受到啟發；而在倫敦的某個角落，建築師兼自然哲學家Robert Hooke將一片薄木片放在顯微鏡的標本架上，而他透過顯微鏡觀察到了一個奇特的結構。

「我非常清楚地觀察到這個物體全身佈滿細孔，像一個蜂巢，但上面的細孔呈不規則形狀。」他寫道。「這些孔隙，或細胞……的確是我見過的第一個微觀細孔，也可能是人類見過的第一個微觀細孔，因為在此之前我從未見過任何提及這些細孔的撰稿人或人物。」

Hooke發現了細胞，確切地說是植物細胞。他其實創造了這個詞，他在記載中認為它們就像他曾經參觀過的一所修道院中基督教修道者的住所。但這些細胞已經死亡，而他的顯微鏡也不夠精密，不足以看到細胞內部。直到13年後，才有人近距離親眼目睹活細胞。

荷蘭商人兼科學家Antonie van Leeuwenhoek使用自己設計的更精密的顯微鏡首次觀察到了細菌和原生動物。他將這些單細胞生物稱為微型動物，拉丁語意為「小動物。」

Hooke早已過世多年，埋葬在倫敦市公墓的某處。他朝著我們現今稱為細胞理論的領域 邁出了第一步。理論上，地球上每個生物體都由一個或多個細胞組成。

細胞是所有生物體結構和功能的關鍵單位。每個存在過的細胞都由曾經存在的細胞經過一次次分裂得來，直到37.2萬億個組成您身體的細胞。

兩種不同的細胞類型

細胞主要分為兩種類型——原核細胞和真核細胞。

原核細胞沒有細胞核。Leeuwenhoek觀察到的那些「小動物」就是原核細胞。細菌和另外一組稱為古細胞的細胞家族歸類為原核細胞。

存在於植物和動物中的細胞稱為真核細胞。這種類型的細胞可以是單細胞或多細胞。

認識細胞

但真核動物細胞是由什麼構成的呢？假設您縮小到一個真核動物細胞的大小，或甚至更小，那您會看到什麼呢？

想像您變得越來越小，您周圍的世界變得越來越大，最終逐漸模糊不清。在您縮小時，您開始聚焦一組結構，就像Hooke在很久以前觀察到的格子。

很快，您就來到了某一個細胞。現在，某些細胞外部更複雜，而且還有一些其它細胞缺少的附件。微絨毛就是其中一種特徵。

微絨毛像細胞表面的手指一樣向外延伸，對營養吸收非常重要。它們還極大地擴大了細胞的表面積，而無需影響其體積。纖毛甚至比微絨毛延伸得更遠，還可以將不同物質沿細胞表面推開。

然後就是鞭毛，它是一種細薄的尾狀結構，可以推動整個細胞，讓細胞能夠游動！

細胞膜

所有細胞都依賴於極為重要的細胞膜。它的作用就像圍欄，在保持細胞內物質的同時允許食物和營養素進入。

細胞膜由名為磷脂的雙層脂肪酸構成。這些脂肪酸分子分為頭部和尾部。頭部結構稱為「親水結構」，意思是可被水吸引。而尾部結構稱為「疏水結構」，意思是可被水排斥。這種頭部和尾部的組合造就了細胞膜的結構和功能。

隨著您變得越來越小，您會穿過細胞膜並開始探索細胞。簡單來說，您會看到磷脂的雙層結構像拉鍊一樣，以其尾部疏水結構的化學吸引力牢牢固定。

細胞質和細胞骨架

徹底進入細胞內部後，您會看到一種稱為細胞質的介質。細胞質含有一種富含氨基酸和鉀的物質，稱為胞質溶膠。這種液體物質也稱為細胞內液。

您還會發現看似網或架子的網路，這就是細胞骨架。它為細胞提供結構支撐並讓物質可以在細胞內移動。細胞骨架由三種不同類型的蛋白質纖維組成，它們分別是微絲、中間纖維和微管。

微絲是三者中最小的蛋白質纖維，由蛋白質扭曲鏈組成，可以壓縮在一起以縮短細胞直徑。這種壓縮經常出現在肌肉細胞中，以協助肌肉收縮。

中間纖維是提供細胞框架並協助整合蛋白質扭曲鏈。

微管呈螺旋形。當微管聚集在一起時，它們會形成一個空心圓柱體。這些圓柱體有助於維持細胞形狀並在細胞內移動細胞器（細胞構件的另一個名稱）。

它們形成的物質稱為中心體。中心體由稱為中心粒的結構組成，它組織微管並為細胞提供額外構架，而且它們還在細胞分裂過程中協助細胞分裂。

在細胞質和細胞骨架之間，您可以看到細胞的主要支撐框架。您還會看到一些很奇特的結構，它們是細胞器。這些重要的細胞構件均有其特定的功能。

內質網

您可以看到的第一個結構很像一系列細長的洞穴，它們是內質網（ER）。內質網分為兩種不同的類型。

一種類型是粗糙內質網，它從細胞核延伸出來，而且它薄膜的外部還附有核糖體，因此它的外觀比較粗糙。這些核醣體生成一種稱為多肽鏈的物質，但這只是蛋白質的一個花俏的名稱。核醣體生成的蛋白質會釋放進入ER，它們在這裡加工並準備釋放進入細胞。核醣體在釋放時會進入封閉的囊泡中運輸，從粗糙內質網中脫落，這被稱為囊泡轉運。

值得注意的是，核醣體不是細胞器，但它們對細胞至關重要。這是因為它們是蛋白質的生成地。它們可以漂浮在細胞質中到達細胞的其它位置，也可以附著在粗糙內質網上。核醣體由小亞基和大亞基兩個部分構成。小亞基負責讀取核糖核酸（RNA），它包含將氨基酸拼裝成多肽鏈的說明。大亞基則負責實際拼裝多肽鏈的繁重工作。

另一種類型是光面內質網，它是另一個帶有薄膜的細胞器。但由於它外部沒有核醣體，因此獲得了「光面」的綽號。光面內質網含有的酵素可修改多肽、生成油脂和碳水化合物並破壞毒素。大部分組成細胞膜的油脂和碳水化合物都在光面內質網中生成。

高爾基體

現在您需要將注意力轉移到高爾基體上，它絕對擁有所有細胞器中最酷的名稱。高爾基體是另一個修改、包裝及儲存蛋白質的細胞器。

它的外觀像是一組容器從中心不斷向外擴展，變得越來越大。囊泡轉運從ER向高爾基體輸送蛋白質。當蛋白質在高爾基體中的容器間通過時，它們會被修改。修改的方式可以是用不同的酶添加或重排分子，有時也會添加碳水化合物來生成糖蛋白。

在通過最後一個容器後，蛋白質會被扣留在另一個囊泡中，這個不同的囊泡稱為分泌囊泡。這些蛋白質中大多數的運送方向都是細胞膜。它們要不成為細胞膜的一部分，要不釋放到細胞外部。

溶酶體

高爾基體是溶酶體生成的基礎。這些囊泡從高爾基體器官脫落並承擔細胞的垃圾運輸工作。溶酶體包裹在一層薄膜中，它所含有的消化酶可吸收細胞垃圾，或將有缺陷的細胞器回收或轉化為垃圾。它們也對保護細胞免受細菌和病毒的攻擊至關重要。

蛋白酶體

經過高爾基體後，您會看到蛋白酶體。這些細胞器管理細胞中已有的蛋白質。它們分佈在細胞質各處。蛋白酶體分解異常或折疊錯誤的蛋白質，以及細胞不再需要的正常蛋白質。

在細胞質中另一種稱為泛素的蛋白質會放在由酶標記為需進行回收的蛋白質上。被標記的蛋白質隨後會被吸入蛋白酶體，並通過一種稱為蛋白酶解的過程分解。在這個過程中，蛋白質的肽鍵會斷裂，剩餘的肽鍊和氨基酸會釋放到細胞中得到回收。

過氧化物酶體

在接下來的旅程中，您會看到一種稱為過氧化物酶體的奇異結構。嚴格來說，它雖然不是細胞器也不是酶，但最能描述過氧化物酶體的詞是蛋白質複合物。

它們有薄膜而且也從ER脫落出來。過氧化物酶體負責分解長鏈脂肪酸和氨基酸。在這個過程中，它們會生成過氧化氫這種副產物，過氧化氫對細胞來說是危險物質，因為它與很多物質發生反應。正因如此，過氧化物酶體還攜帶能將過氧化氫轉化為水和氧氣的酶，就像是清理自己的垃圾。

線粒體

經過了過氧化物酶體後，您會看到一顆豆子形狀的細胞器，它就是線粒體（統稱為線粒體）。它們是細胞的超高能發電廠。它們將進入細胞內的食物顆粒轉化為一種稱為三磷酸腺苷或ATP的分子，這就是細胞中的「能量流通」。ATP能夠儲存能量並將其轉移到細胞的其它部位。

線粒體具有內膜和外膜，它們的數量因細胞類型而異。通常來講，越活躍的細胞中所含有的線粒體就越多。例如，肝臟細胞中含有數千個線粒體。其實，在組成肌肉的細胞中，有氧運動可以增加線粒體的數量。難怪您如果有規律地運動就會擁有更多能量。

細胞核

最後，您到達了細胞核。細胞核是細胞內最大的結構，它的兩個薄膜形成了核被膜。

核被膜連同薄膜表面的小孔包裹住核質。雖然核被膜起到阻擋作用，但小孔可以開放使某些分子出入細胞核。核質與細胞質十分相似，它是一種分隔核膜中所包含結構的漿質。

核膜中分隔出的是核仁，它由脫氧核糖核酸（DNA）、RNA和蛋白質組成。核仁是核醣體的生成地，上文中提到過核醣體生成的蛋白質對健康細胞的功能至關重要。

隨著您還在逐漸變小，您會開始注意到細胞DNA的扭曲雙螺旋結構。您想伸手摸一摸，在您變得越來越小，距離它越來越近的時候，終於摸到了。一瞬間，您回到了原來的體積，不確定您是否真正摸到了您想要觸摸的東西。

在倫敦市公墓某處如茵的草地上，新的一天照射出的第一縷陽光灑在剛發芽的嫩草上。那顆草種的細胞受到肥沃的土壤和陽光的滋養，不斷分裂，茁壯地在早晨涼爽的空氣中生長。

剛起床時，您的五感還沒有完全甦醒，不太敏銳。陽光從窗戶照進室內、早餐的味道、鬧鐘的聲音，這些都是您的環境、感覺器官和大腦的產物。

聽、觸、看、嚐和聞的能力，牢牢地連接到您的身體。這五種感覺讓您可以了解周圍的世界並做出反應。現在讓我們來了解您的所有感覺。

五種感覺的功用

您的感覺讓您與您的環境相連結。透過感覺所收集的訊息，您可以了解並做出更明智的反應。例如，苦味可以提醒您食物可能有害；來自鳥類的啁啾聲告訴您附近可能有樹木和水。

感覺器官收集各種感覺，並在大腦中進行解譯。但質感和光線等資訊如何進到您身體的指揮中心？身體神經系統有一個特化的分支專門處理感覺。您可能已經猜到它就是所謂的「感覺神經系統」。

人體內的感覺器官（稍後會進一步討論）通過神經與大腦相連，神經藉著電化學脈衝將訊息傳遞給大腦。感覺神經系統則收集並發送來自環境源源不斷的大量感官數據；有關附近物體的顏色、形狀和感覺的訊息可幫助大腦確定它們是什麼。

何謂五種感覺？

身體能感知到五種基本感覺，這五種感覺是聽覺、觸覺、視覺、味覺和嗅覺。這些感覺中的每一種都是大腦用來對您的世界建立清晰畫面的工具。

您的大腦必須依靠感覺器官來收集感覺訊息。相關的五種感覺器官是：

• 耳朵（聽覺）
• 皮膚及毛髮（觸覺）
• 眼睛（視覺）
• 舌頭（味覺）
• 鼻子（嗅覺）

感覺器官所收集的數據可以幫助大腦了解周圍環境的多樣性和動態，這也是對於當時的反應和產生記憶的關鍵。現在讓我們來深入探討每一種感覺，並了解您如何收集所遇到的聲音、質地、景色、味道和氣味的訊息。

觸覺

皮膚是身體最大的器官，也是觸覺的主要感覺器官。觸覺的科學術語是「機械性刺激感受」（mechanoreception）。

觸覺看似簡單，但其實比您想像的要複雜一些。人體可以感知到不同形式的觸摸，以及不同的溫度和壓力。

因為身體的各處都有觸感，偵測觸覺的神經會透過周圍神經系統將其訊息傳送到大腦。周圍神經是從脊髓延伸到整個身體的神經。

位於皮膚下的神經向大腦傳送有關您觸覺的訊息。有各種專門的神經細胞用於不同的觸覺，例如指尖皮膚上與手臂和腿部皮膚上的觸感受體就不一樣。

指尖可以感知物體表面不同的質地和壓力，如砂紙的感覺或按下按鈕。覆蓋著手臂和腿部的皮膚，最能感知關節的伸展和活動。四肢的皮膚也會向您的大腦傳送有關您身體位置的訊息。

嘴唇和腳底的皮膚對輕觸較為敏感。舌頭和喉嚨也有自己的觸覺感受器，這些神經會將食物或飲料的溫度告訴大腦。

味覺

說到食物和飲料，在討論下一個感覺時，請先讓您的嘴遠離水。味覺可讓您的大腦接收到有關您所吃食物的訊息。當食物被咀嚼並與唾液混合時，您的舌頭則忙著收集有關您的食物味道的感覺數據。

舌頭上遍布的微小凸粒負責將味道傳遞給大腦。這些凸粒被稱為味蕾，舌頭上佈滿成千上萬的味蕾。每個星期，新的味蕾都會取代舊味蕾，以保持您的味覺敏銳。

在這些味蕾的中心有40-50個特化的味覺細胞。食物的分子與這些特化細胞結合並產生神經衝動，大腦會解譯這些信號，讓您知道食物的味道。

舌頭能感覺到五種基本味道並傳送到大腦。這五種味道是甜、酸、苦、鹹和鮮味；最後的這種「鮮」味是來自日文中的「美味」，鮮的味道來自肉湯和肉類等食物。

甜味的典型例子是糖，酸味來自柑橘類水果和醋等食物，鹽和含鈉量高的食物結合會產生鹹味，而舌頭還會感覺到來自咖啡、羽衣甘藍和球芽甘藍等食物及飲料的苦味。

關於味覺，以前人們接受的理論是：舌頭上不同區域各自專司五種味道中的一種。但這不再被認為是事實，相反地，目前的研究顯示，舌頭上的任何一點都可以感測到每一種味道。

因此，在用餐或吃零食期間，大腦會不斷收到有關您所吃食物的訊息。在您咀嚼和吞嚥時，食物的不同味道會混合在一起，舌頭所感覺到的每種口味都能幫助大腦感知食物的味道。

下一餐吃飯時，看看您是否能邊吃邊識別出五種味道中的每一種。您將會重新了解您的大腦以及它是如何努力工作來分辨食物味道的。

視覺

第三種感覺是視覺（亦稱視力），這是由大腦和一對感覺器官——眼睛所產生的。視覺通常被認為是最強烈的感覺，這是因為人們在獲取周圍環境的訊息時，依賴視覺更勝於依賴聽覺或嗅覺。

當您環顧周圍時，眼睛會感測到可見光譜上的光。在可見光譜上的顏色有：紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。這種光的來源可以是燈、電腦螢幕或太陽。

當光從您周圍的物體反射回來時，您的眼睛會傳送信號給大腦，因而產生可識別的圖像。您的眼睛使用光來閱讀、辨別顏色，甚至搭配服裝。

您是否曾在黑暗中不小心穿了不搭配的襪子？或者到了辦公室才發現襯衫穿反了？這就是為什麼衣櫃裡需要有一盞燈，以避免儀容不整。

眼睛需要光來傳送感覺訊息給大腦。光粒子（稱為「光子」）通過瞳孔進入眼睛，並聚焦在視網膜（眼睛的光敏部分）上。

視網膜上有兩種感光細胞：視桿細胞和視錐細胞。視桿細胞負責接收有關光的亮度訊息，視錐細胞則負責區別顏色；這些光受器共同收集光訊息並將數據傳輸到大腦。

當光照射在視桿和視錐細胞上時，會啟動一種叫做「視紫」的蛋白質。視紫觸發一系列信號，這些信號會聚集在連接眼睛和大腦的視神經上。視神經是傳遞眼睛接收的訊息並直接連接到大腦的導線。

大腦接收到光數據後，它會形成視覺圖像。您睜開眼睛時所「看到」的就是您大腦對進入您眼睛的光線的解讀。光線充足時，大腦最容易理解周圍環境。這就是在黑暗中挑選搭配的衣服相當困難的原因。

為了看得更清楚，眼睛會自動調整讓最大量的光進入，所以您的瞳孔在黑暗中才會擴張（變大）。這樣，更多的光可以進入眼睛，並在大腦中產生最清晰的圖像。

因此要在光照充足的地方進行閱讀、工作和遊戲，讓眼睛有充足的光線。這樣可以減輕您眼睛的壓力，讓您的視覺更清晰並且更舒適。也可以在走廊安裝夜燈，這樣您就可以在黑暗中安全地看到路徑。

聽覺

聽的科學術語是「聽覺」。但這種聽覺不應該讓您緊張，聽覺是一種強勁的感覺，一個可以帶來喜樂或讓您擺脫危險的感覺。

當您聽到親人的聲音，您的聽覺能讓大腦將對方的聲音解讀為熟悉和親切。您喜愛的歌曲的旋律是另一個聽覺作用的例子。

聲音也能提醒您潛在的危險，這讓人想到汽車喇叭、火車汽笛和煙霧警報器。由於聽覺，您的大腦可以使用這些噪音來確保您的安全。

您的耳朵會為大腦收集這種感覺訊息，它來自聲波（一種機械能量）；每組聲波都是一種具有獨特頻率的振動。您的耳朵接收並且放大聲波，而您的大腦將它們解讀為對話、音樂、笑聲……等等。

耳朵有各種形狀和大小，但它們都有相似之處。耳朵外部的肉質部分稱為耳廓，它的用途是收集在您的環境中傳播的聲波，並將它們匯集到耳道末端的膜上。

這個膜稱為鼓膜，或較常見的名稱是耳膜。聲波從鼓膜反彈並引起穿過鼓室的振動；這些振動會經由附著在耳膜另一側的細小骨頭來放大。

聲波進入耳朵並被耳膜放大之後，它們就會移動到耳朵深處充滿液體的管子裡。這些管子稱為耳蝸，它們的表面排列著微小的毛髮狀細胞，可以感測到它們周圍液體的變化。當聲波通過耳蝸傳播時，液體就開始移動。

液體流經耳朵中的毛細胞而產生神經衝動，然後被傳到大腦。令人驚訝的是，聲波幾乎瞬間轉換為電化學神經信號。因此，一開始的簡單振動變成熟悉的音調，這完全歸功於聽覺。

嗅覺

第五種也是最後一種感覺是嗅覺。嗅覺很獨特，因為感測氣味的感覺器官直接與大腦相連，所以人體的嗅覺功能超强。

氣味通過鼻子進入您的身體，它們來自您呼吸時所捕獲的空氣中的粒子。用鼻子深深地吸氣，以及靠近氣味來源都能加強嗅覺。

在鼻子裡面有一條叫做「嗅球」的大神經，它從鼻子的頂部延伸並直接連接到大腦。經由鼻子吸入的空氣分子會引發嗅球的神經反應，它嗅到氣味後會立即通知大腦。

較高濃度的氣味分子會通過嗅球產生更深的大腦刺激。這使強烈的氣味變得令人反感及噁心。較淡的香味會帶給大腦較溫和的信號。

出於各種原因，您需要嗅覺。強烈而令人不快的氣味能清楚地警告大腦，您要吃的食物已經壞了。甜美而宜人的氣味則能讓您感到放鬆。身體所散發的氣味（費洛蒙）甚至可以幫助您與親人保持聯繫。無論氣味如何，您的大腦和鼻子都能互相合作，讓您可以享受氣味。

不同感覺的結合，造成更強烈的感覺

您的大腦很少根據單一的感覺信息做出反應，您的五種感覺會共同描繪出您的環境狀況。

下次外出散步時，您可以看到這個原則的實例。

仔細想想您外出時的感受，記下您體驗到的各種感覺。也許您看見色彩豐富的日落，或聽到溪水沖過岩石的潺潺聲，您可能會觸摸到一些落葉。留意您感覺的融合意味著您將發現散步的時候很難不發現新的事物。

以下是幾個可辨識的感覺融合的範例：

嗅覺 + 味覺 = 口味

正如戶外散步時能融合您的幾種感覺，一頓美食也是如此。滋味通常用來描述食物的味道，但滋味實際上是味覺和嗅覺的結合。

之前談到的五種味道並不能準確描述吃飯時的經歷。我們很難用甜、鹹、酸、苦或鮮來形容薄荷或鳳梨之類的東西。但是您的大腦不需要單獨從您的味蕾中去解讀味道，您的嗅覺也會有幫助，這稱為鼻後嗅覺。

當您吃東西的時候，分子通過您的鼻子與口腔之間的通道進入鼻腔，然後它們會被嗅球偵測到並在大腦中被解讀。同時您的味蕾也收集味道的訊息。大腦彙編這些來自鼻子和舌頭的感覺數據，這就是我們所謂的味道。

在舌頭和鼻子一起工作的情況下，吃薄荷就不僅僅是一種苦味，它就是一種清涼、爽口和美味的食物；一片鳳梨也不僅是酸，它的味道混合了香、甜和酸。

您可以看見在您吃東西的時候嗅覺如何藉著鼻子影響味道。如果阻斷這個路徑，您就會發現味道顯著減少。相反，通過慢慢咀嚼，您可以從食物中獲得更多的味道。這樣可以在鼻子中感測到更多的香味。

感覺與記憶

某些氣味可以帶來深刻的記憶，這是一個有趣的現象。研究的結果顯示，嗅球位於大腦中的位置造成一些氣味引發情緒記憶。

因為嗅球在兩個地方直接與大腦相連：杏仁核和海馬迴。這兩個區域與情緒和記憶密切相關。嗅覺是五種感覺中唯一能到達這兩個區域的一種，這可以解釋為什麼氣味和香味可以喚起情感和記憶，這是視覺、聽覺、和觸覺都做不到的。

喪失感覺會發生什麼事？

有時人們會覺得感覺變弱或完全喪失。如果這影響到您，那您並不孤單，有很多人也在經歷著您正在經歷的日子。

這包括喪失視力或聽力。失明或耳聾可能在出生時就開始，也可能是後天形成，它對每個人的影響都不一樣。要認識到的重點是，即使是聾人或盲人也一樣能過著充實而豐富的生活。

通常如果五種感覺中的一種變弱或喪失，其它四種感覺就會變強，來幫助大腦形成完整的環境圖像。如果您失明或視力不佳，那麼您的嗅覺或聽覺就會變強；如果您是耳聾或有聽力障礙，那麼您的觸覺和視覺就會變得更加敏銳。

對於那些在經歷喪失感覺的人，有很多很好的工具可用。如果您的感覺變弱而需要幫助，請與您信任的人談談。也請尊重那些失去某些感覺的人。

養成健康的習慣來支持您的五感

這些感覺能讓您的生活更加多彩多姿，而保護健康的感官很重要。感覺會隨著年齡的增長而變弱，這是完全正常的。不過，您可以採取一些措施來保護您的感官並照顧您的身體。

以下是四個重要的訣竅：

• 對於聽覺要謹慎。長時間接觸大而嘈雜的噪音會損壞耳朵中產生聲音的耳膜。在喧鬧的音樂會上和操作嘈雜的電動工具時，一定要戴耳塞。以較低的音量收聽音樂。採取必要的預防措施，以便終身享有良好的聽力。
• 戴太陽眼鏡保護眼睛免受陽光的傷害。您還可以食用含有健康脂肪、抗氧化劑（尤其是葉黃素和玉米黃素）和維生素A的食物來幫助維護您的視力。
• 使用防曬霜和保濕霜保護您觸覺敏銳的肌膚。並喝足夠的水以避免缺水。
• 養成吃富含維生素和礦物質食物的飲食習慣。吃天然食物、水果和大量蔬菜。營養補充也是一種簡單實用的方法，可以添加到您的健康飲食中。

您可以將五種感覺運用於園藝、步行和騎自行車等活動，欣賞周圍環境的景色、聲音和氣味。做出健康的選擇，這樣您就可以通過您的五種感覺持續享受生活。

關於作者

Sydney Sprouse是住在奧勒岡州Forest Grove的自由科學作家。她擁有猶他州州立大學人類生物學的學士學位，並曾在那裡擔任研究生和寫作人員。Sydney是科學的終身學習者，她的目標是盡可能有效地翻譯當前的科學研究。她的寫作主題特別偏重於人類生物學、健康學和營養學。

您不可能彈指之間就把食物轉變成能量。從食物產生細胞能量的過程是非常有效率且富有成效的，所以看起來似乎很容易。但是ATP（或三磷酸腺苷）這種體內最重要的分子，在製造細胞能量的過程其實是非常繁雜的；您很可能以前從未聽說過這種關鍵分子。

那麼，讓我們好好認識一下ATP吧！

畢竟ATP是使食物中的能量可以被用來讓細胞發揮功能的因子。這種能量載體存在於您身體（不論是肌肉、皮膚，和大腦……等等）的每一個細胞內。基本上，細胞能量的產生正是ATP所造成的。

但細胞能量的產生過程非常複雜。幸運的是，您不需要成為一名科學家也能掌握這個棘手的概念。讀完下面的10個問題和答案之後，您就可以獲得簡單的基本知識。現在就開始學習一些基本知識，並繼續研究其所牽涉的化學。

1. ATP是什麼？

ATP是體內最豐富的能量載體分子。它可以利用食物分子中的化學能，將其釋放出來，為細胞內的工作提供燃料。

ATP可視為身體細胞的通用貨幣。您吃的食物會被消化成巨量營養素的次級單位，飲食中的碳水化合物全部被轉化為一種叫做葡萄糖的單糖。

這種單糖具有「購買」大量細胞能量的能力，但是細胞不接受以葡萄糖支付的方式，需要先將葡萄糖轉換為可在細胞中起作用的貨幣。

ATP就是可以被接受的貨幣。葡萄糖通過複雜的化學反應鏈（您體內的貨幣交換）被轉化為ATP，這種轉化過程稱為細胞呼吸或新陳代謝。

就像將一種貨幣兌換成另一種貨幣一樣，來自葡萄糖的能量在每次反應結束時，會變成一種臨時形式的化學化合物。葡萄糖先被轉變成其它幾種化合物，直到其中的能量穩定成為ATP為止。先別急，您會在詳述能量交換鏈的問題4中看到一些這樣的化合物。

2. ATP是什麼樣的分子？

ATP是三磷酸腺苷（Adenosine Tri-phosphate）的縮寫，這個長名的意思是附著在糖和磷酸鏈上的核酸（蛋白質）。磷酸鏈是連接在一起的磷和氧原子的基團。很酷的是：ATP非常類似於遺傳物質中所發現的蛋白質。

3. ATP如何攜帶能量？

磷酸鍵是ATP分子中可以攜帶能量的部分，在這條鏈上會產生重要的化學反應。

要了解究竟發生了什麼，讓我們先來看一些簡單的化學規則。當原子和分子之間形成鍵時，就會儲存能量。這種能量保持在化學鍵中，直到它被迫斷裂。

當化學鍵斷裂時，能量就被釋放。在ATP的情況中，這是很大的能量，能幫助細胞發揮作用，其它多餘的能量就會以熱量的方式離開身體。

ATP中的化學鍵非常強，因為形成磷酸鏈的原子帶著負電荷，這意味著它們總是在尋找帶正電荷的分子來配對。只要離開磷酸鏈，這些分子就可以調節它們的負電荷，使其終於達到平衡。

因此，欲保持帶負電荷的磷酸鍵完整無缺，就需要很多能量，幾乎所有可用的能量都派上用場了。因為當化學鍵被帶正電的力量破壞時，細胞內部的大量能量會被釋放。

4. ATP來自哪裡？

為了讓ATP為您的細胞提供動力，葡萄糖必須啟動能量貨幣的兌換。

產生ATP的第一個化學反應稱為糖酵解（Glycolysis）。它的字面意思是「分解葡萄糖」（glyco代表葡萄糖，lysis代表斷裂）。糖酵解依賴蛋白質來分解葡萄糖分子，並產生一種叫丙酮酸（pyruvate）的較小化合物。

回想一下葡萄糖和ATP之間的臨時能量貨幣形式。丙酮酸是能量交換反應的下一個主要化合物。一旦產生丙酮酸，它就會進入細胞內專門處理能量生產的地方。這個地方叫做線粒體（Mitochondria）。

在線粒體中，丙酮酸被轉化為二氧化碳和一種稱為乙醯輔酶A（Acetyl Coenzyme A，或簡稱CoA）的化合物。在這個過程中產生的二氧化碳，會在呼氣時釋放出來，而乙醯輔酶A則是在此過程中繼續轉化，以產生ATP。

下一個化學反應會運用乙醯輔酶A產生額外的二氧化碳和一種稱為菸鹼醯胺腺嘌呤二核苷酸（Nicotinamide adenine dinucleotide，簡稱NADH）的能量攜帶分子。NADH是一種特殊化合物。還記得異性相吸，帶負電荷的化合物會與正電荷結合來平衡它們的能量嗎？NADH就是那些負電荷分子之一，會尋找正電荷來配對。

NADH會在生成ATP的最後一步中發揮作用。在它變成三磷酸腺苷（Adenosine Tri-phosphate，ATP）之前，會先形成腺苷二磷酸（Adenosine Di-phosphate，ADP），而NADH會幫助ADP產生充滿能量的ATP。

NADH的負電荷會啟動一種特殊蛋白質來產生ATP，這種蛋白質就像一個非常強力的磁鐵，可以將ADP和單個磷酸鹽分子結合在一起而形成ATP。回想一下這種化學鍵的強度有多大，那麼，現在準備要釋放大量的能量了！

我們不妨將ATP當作是一種可充電的電池，它會經歷高能量和低能量的循環。ATP就像一個充滿電的電池，當它的鍵斷裂時，能量就會耗盡。要再次為電池充電，您就需要重新建立化學鍵。

既然NADH會為結合ADP和磷酸鹽的蛋白質提供動力，它就像一個能夠維持能量循環繼續運行的齒輪，不斷地為ATP電池充電，以便再次使用。

這些鍵不斷地被形成和破壞，讓來自食物的能量得以轉化為儲存在ATP中的能量，使您的細胞有能力繼續保持您的健康。

5. 能源生產的過程在哪裡發生？

產生ATP的過程會發生在全身的細胞中。當葡萄糖在腸中被消化時，就開始了這個過程。接下來，由細胞接手將葡萄糖轉化為丙酮酸，然後它們會被送到細胞的線粒體，而這裡就是ATP最後生成的地方。

6. 什麼是線粒體？

線粒體被稱為細胞的發電廠，是ADP和磷酸鹽作用形成ATP的地方。特殊蛋白質（由NADH所啟動的蛋白質）會嵌入線粒體膜中，然後不斷產生ATP來為細胞提供動力。

7. 一個細胞能產生多少ATP？

您身體細胞的數量多得驚人，精準地說，約有37.2兆個，而一個典型細胞所產生的ATP數量同樣也多得令人難以置信。

在任何時間點，單個細胞中大約有10億個ATP分子可供使用。您的細胞也會以驚人的速度消耗所有ATP，一個細胞可以在兩分鐘內完全耗盡ATP所儲存的能量！

8. 所有細胞都使用ATP嗎？

不只是您的所有細胞，就連所有的生物體都使用ATP作為能量貨幣。ATP存在於所有細胞的細胞質中。細胞質是細胞中心的空間，充滿了一種叫做胞質液的物質。

各種不同的細胞組件（胞器）都被存放在細胞質中，包括線粒體。ATP產生之後，就會離開線粒體進到整個細胞中，去執行被指定的工作。

9. 所有食物都會轉化為ATP嗎？

脂肪、蛋白質和碳水化合物最終都可以成為細胞能量，雖然各種巨量營養素的轉換過程並不相同，但最終的結果確實為細胞提供了能量。只是脂肪和蛋白質變成ATP的過程就不是那麼簡單而直接。

糖和單一碳水化合物轉換起來很容易。化學鍵會被拉開，讓飲食中的所有糖份簡化為葡萄糖，而且您已經知道葡萄糖會催化ATP的產生。

脂肪和蛋白質在參與細胞能量生產的過程之前，需要先被分解成更簡單的次級單位。脂肪被化學轉化為脂肪酸和甘油，蛋白質則是細化為胺基酸（就是蛋白質的基本結構）。

在產生ATP的過程中，胺基酸、脂肪酸和甘油都會與葡萄糖結合，為細胞提供其它中間化合物。

您所吃的某些營養素不會被消化或用於ATP的生產，如纖維。人體沒有正確的酵素來完全分解纖維，因此這種物質會通過消化系統而變成廢物被排出身體。

但別擔心，雖然纖維不會被消化，您的身體依然充滿活力，因為您吃下的食物會轉化為ATP。

10. 哪些營養素有助於細胞能量的生產？

由於保持細胞能量是健康的關鍵部分，許多營養素都扮演著輔助的角色。有些甚至被歸類為必要營養素，其中許多的營養素其實在您健康飲食中都很常見。

以下是您應攝取的主要營養素，以幫助維持健康的細胞能量生產：

• 維生素B1（硫胺素）
• 維生素B2（核黃素）
• 維生素B3（菸酸）
• 維生素B5（泛酸）
• 維生素B7（生物素）
• 維生素B12（鈷胺素）
• 維生素C（參與抗氧化活性）
• 維生素E（參與抗氧化活性）
• 輔酶Q10
• α-硫辛酸
• 銅
• 鎂
• 錳
• 磷

ATP的力量

沒有ATP生產的過程，您的身體只會充滿無法使用的能量，而這對您的身體或您想完成的事情都沒有好處。ATP是通用的能源載體和貨幣，儲存每個細胞執行任務所需的所有能量。就像可充電電池一樣，一旦ATP被生產出來，就可以反複使用。

下次您吃飯時，想想您的身體為了利用這些能量所做的一切工作。然後站起來，利用這種細胞能量健身或完成您一天的工作。如果您攝取健康的食物，就不必擔心在忙碌工作的中途ATP就消耗殆盡。

關於作者

Sydney Sprouse是住在奧勒岡州Forest Grove的自由科學作家。她擁有猶他州州立大學人類生物學的學士學位，並曾在那裡擔任研究生和寫作人員。Sydney是科學的終身學習者，她的目標是盡可能有效地翻譯當前的科學研究。她的寫作主題特別偏重於人類生物學、健康學和營養學。