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正确的版本我们要在中学才开始掌握：在肺泡壁上，氧气与红细胞里的血红蛋白结合，然后随着血液循环抵达全身，在组织中释放出来，与各种有机物，尤其是食物中的糖，一同进入每一个活着的细胞。在那里，它们会循序渐进地、一步一步地发生氧化还原反应，把那些足以烧死细胞的巨额能量拆成几十上百份，分装成一种被称为“腺苷三磷酸”的物质，也就是高中生物课上常说的“ATP”，再一点一点运走，扩散到整个细胞里。
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在那之后，这些ATP就会分赴各项生化反应的前线，把其中的能量释放出来，支持我们的各种生理活动了——我们那些千变万化的生命活动，小到胃黏膜上皮把一个钠离子送出细胞，大到去健身房举起一副杠铃，又或者读这本书时大脑里发生的神经活动，我们消耗的各种“能量”，统统由ATP的水解反应释放出来。
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对于那些关心ATP究竟怎样给生化反应提供能量的读者，这一章结束后的“延伸阅读”部分会有通俗的介绍。但眼下，我们更该关心ATP的来源。
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如果说把空气吸入肺脏再吐出来是人体的呼吸，那么这个分步氧化的过程就叫作“细胞呼吸”。细胞呼吸给几乎所有的生命提供了能量，所以要探索生命的起源就必须弄懂它。而要弄懂细胞呼吸，显然就要弄懂有机物和氧气是怎样一步一步地发生氧化还原反应，再把能量分装在ATP里面。
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高中生物课本已经讲述了一个梗概：以葡萄糖为例，在细胞内，它并不是直接与氧气反应，而是先要在细胞质内发酵，变成一种被称为“丙酮酸”的物质，并释放一些能量出来。
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这种发酵是葡萄糖释放能量的第一步，并不需要氧气。在一般温度下，如果没有恰当的氧化剂，任何有机物都不可能彻底分解成水和二氧化碳。如果一直没有氧气，某些细胞还会把发酵出来的丙酮酸继续转化成别的物质。比如我们持续剧烈运动时感到肌肉酸痛，就与丙酮酸转化成的乳酸有关；我们用酵母菌发面酿酒，也是因为酵母菌能把丙酮酸转化成酒精。
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图2—10 丙酮酸的分子结构。这是一种只含有3个碳原子的很简单的有机物。（作者绘）
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然而这一步释放的能量非常少，1分子葡萄糖发酵成2分子丙酮酸，只能产生2分子ATP，绝大多数能量还都留在发酵产物中——想想看酒精点燃时的熊熊火焰吧，那都是酵母菌没能充分利用的能量。
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酒精能在燃烧中释放出大量的能量，是因为有氧气来氧化它。同样，人体要把丙酮酸里的能量释放出来，也必须有氧参与，而这将会发生在一种最精致的细胞器里面。
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这种“最精致的细胞器”就是我们在高中生物课上认真学习过的“线粒体”。在胶囊状的线粒体内部，2分子丙酮酸会被氧气充分氧化，彻底转换成水和二氧化碳，由此释放出许多的能量，分装在36分子ATP里面，整个细胞呼吸也就大功告成了。
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线粒体的工作效率高得惊人，数量也多得惊人——按体积计算，你的骨骼肌有10%的体积都是线粒体，肝脏有20%的体积是线粒体，而心肌可能有多达40%的体积都是线粒体。成年人每秒钟可以合成9×1020个ATP分子，一天就能循环制造65千克的ATP，所以，人体组织的平均产能效率竟然达到了2W/kg。而太阳核心氢聚变的产能效率也不过0.00184W/kg，所以如果能凑齐太阳核心那么重的人体组织，并且维持它的活性，那就相当于1 000多颗太阳同时辐照，耀眼的光辉足以匹敌一颗蓝巨星了[4]。
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乍看起来，这是那样地理所当然，那样地水到渠成，但如果继续追究线粒体内部发生了什么，我们就会困惑地发现事情根本不是这样简单：丙酮酸是如何被一步步地氧化干净，变成水和二氧化碳，这整个过程到20世纪50年代都已经被人类弄明白了，但这个明明白白的过程竟然无法解释那么多的ATP是怎么合成出来的！
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生命的起源：所有生命的共同祖先在40亿年前是怎样诞生的？ [:1700256291]
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·三羧酸循环·
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为了解开这个困惑，我们需要在高中生物课的基础上再前进一小步，先来看一眼线粒体是个怎样的细胞器。
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如图2—11，线粒体是一种双层膜的细胞器。其中，外膜把整个结构封装成椭球形或者胶囊形，而内膜比外膜面积还要大，所以折叠出了很多小褶子。整个线粒体内部的水环境被称为“基质”，其中分散着许多DNA与核糖体，像极了细菌的细胞质——实际上，我们现在普遍认为线粒体就是一种古老的好氧细菌，它们在10多亿年前钻进我们的祖先细胞内，再也不走了，我们因此获得了有氧呼吸的能力[5]。
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图2—11 线粒体的结构。线粒体由一个椭球形的外膜和一个充满褶皱的内膜围成，里面有很多复杂的东西，不过你只需注意粗体字标注的结构：线粒体的内膜上镶嵌了很多蛋白复合物，内膜和外膜之间被称为膜间隙[6]。除此之外，这本书的各处图示里都会把它画成一个红色软糖豆的模样。（作者绘）
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图2—12 丙酮酸。虚线右边的部分是羧基，左边的部分是乙酰基，我们会在第三幕仔细观察乙酰基。（作者绘）
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丙酮酸解体的过程就发生在线粒体的基质内。在那里，它首先会被切掉羧基。所谓“羧基”，就是——COOH，在原子比例上可以看作1个二氧化碳加上1个氢原子。实际上，那个被切掉的羧基也会立刻转化成二氧化碳，剩余一个氢原子就与氧分子结合成水。
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丙酮酸被切掉羧基之后，剩下的部分就是乙酰基[7]，乙酰基会继续发生一系列非常复杂的化学反应，彻底转化2分子二氧化碳，由此产生的氢原子，都会被拿去与氧气化合成水。
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这一系列非常复杂的化学反应，被总称为“三羧酸循环”。从20世纪的30年代到50年代，共有3名生物学家因为揭示了它的机制而荣获诺贝尔奖。之后的研究还进一步确认了三羧酸循环就是细胞内一切物质能量代谢的枢纽，整套生物化学的中心。但我们在这本书里都不准备追究三羧酸循环的任何细节，读者只需沿着图2—13的箭头大致扫看一圈，就可以继续阅读下一段了。
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