燒糖還是燒油？自由基、衰老和一個簡單的計算

01-27

人們曾經認為，動物的壽命與其心率相關——心跳越快的動物，壽命越短；越慢則越長。

但（後來發現）某些動物卻完全不是這樣——比如鴿子的心跳（600次/分鐘）比老鼠（400~500次/分鐘）的還要快一些，但前者的壽命（平均30年）幾乎是後者（平均3年）的10倍。

後來人們發現，這是因為鴿子體內產生的自由基比老鼠的少很多。

自由基

現在提到衰老（還有各種疾病），總不可避免地會涉及自由基——這種東西會（通過氧化反應鏈）破壞體內的蛋白質、脂肪、多糖、DNA等等，引起細胞損傷，減少細胞壽命，加速端粒縮短和幹細胞儲備枯竭……即會加速身體衰老。

自由基主要產生於細胞的能量代謝過程（也有其他的產生方式，比如某些免疫細胞會特意製造自由基來攻擊「入侵者」），而作為細胞能量代謝中心（所謂「發動機」）的線粒體則是其主要的產地（因此生命過程本身無法避開自由基，只能設法與其同存）。

鴿子產生的自由基少，是因為它們的「發動機」在工作時產生的「煙塵」（自由基）更少。

對於多數動物來說，心率之所以會顯得與其壽命有相關性，應該也與自由基有關——一般來說，心率越高的動物，體內產生自由基的速率也越快。

在線粒體中，能量以電子的形式穿過其中的「電子傳遞鏈」，把質子（H+）泵到線粒體膜間隙中以積累電化學勢差，最後用這種勢差來（產生質子流從而）製造ATP。

而電子在穿過電子傳遞鏈的過程中，有可能會泄露出去，從而與外面的氧氣分子結合，將其（部分）還原為「過氧負離子」（O2?-）——雖然過氧負離子本身的氧化能力不強，但它是其他自由基的前體——這些由氧氣分子衍生出來的自由基又被稱為「活性氧簇」（ROS）。

過氧負離子發生歧化（或者自然發生，或者通過過氧化物歧化酶）產生過氧化氫（H2O2），後者可以被還原為羥基自由基（OH?-）——這可以算得上是有機生命體中最強的氧化劑。過氧負離子還可以與其他自由基，比如一氧化氮（NO?）反應產生過氧亞硝基（ONOO-）——也是非常強力的氧化劑（現在傾向於將後者稱為「活性氮簇」（RNS））。

電子在傳遞鏈上總會有一些泄露，於是線粒體總會產生一些活性氧簇——不過「適量」的活性氧簇還算是「健康」的：線粒體內有一定的機制可以消除它們（細胞還會利用這些信號來判斷是否需要添置更多的線粒體）；但如果活性氧簇太多，會引起不可控制的氧化反應鏈，從而損傷細胞中的各種結構。

電子傳遞鏈上有4種「複合體」（或者叫複合蛋白），其中最大、最複雜的「複合體1」（又稱NADH脫氫酶）是過氧負離子的主要產地（複合體1有兩種機制產生過氧負離子：一是通過還原其中的「黃素單核苷酸」（FMN），二是通過「反向電子傳遞」），其次是複合體3（但在一般情況下，它相比於複合體1的產量幾乎可以忽略不計）；複合體2和複合體4則幾乎不產生過氧負離子。

鴿子的線粒體之所以會產生更少的自由基，一大原因是其線粒體中的複合體1很少（而它們的複合體1與老鼠的相比，在產生活性氧簇的能力上差別不大）。

但是，知道這些於我們有什麼用呢？

顯然，我們不能改變自己體內線粒體的蛋白質構成（至少目前還不能），使我們有像鴿子那麼少的複合體1，從而產生同樣少得多的活性氧簇。

但我們可以（在一定程度上）減少對複合體1的使用率——即讓電子少走複合體1這條險路，從而更少「失足」。

這個怎麼做到呢？

葡萄糖的燃燒過程

我們（粗略）看一下葡萄糖在細胞內的能量代謝過程（左邊是葡萄糖到丙酮酸的過程，右邊是丙酮酸到乙醯輔酶A，後者再進入三羧酸循環的過程）。

注意：在這個過程中，總共產生了10個NADH+H+，2個FADH2，它們都會進入電子傳遞鏈——不過前者進入的是活性氧簇的主要產地——複合體1，後者進入的則是幾乎不產生活性氧簇的複合體2。

原來真的有能完全繞過複合體1的存在……如果能量代謝中產生的都是這些無害的FADH2該多好……

可惜是不可能的（至少目前是），但我們可以讓身體在產生能量的過程中，多點FADH2，少點NADH+H+——怎麼做到呢？

脂肪酸的燃燒過程

這就需要看下脂肪酸（示例為棕櫚酸）的燃燒過程了：

注意：在這個過程中，總共產生了31個NADH+H+，15個FADH2——FADH2與NADH+H+的比例接近1:2（具體比例取決於脂肪酸長度）（而在葡萄糖代謝中，這個比例為1:5）。

一個棕櫚酸最終會產生129個ATP，而一個葡萄糖會產生30~32個（根據細胞的不同而不同）；所以在最多的情況下，4個葡萄糖能產生相當於一個棕櫚酸的ATP：128個。為了產生這麼多ATP，用葡萄糖的話，需要出現40個NADH+H+，用棕櫚酸的話，則需要出現31個——少了接近1/4的NADH+H+——這意味著電子傳遞鏈上的複合體1被少使用了9/40次，從而（在一般情況下）少產生了接近同樣比例（取決於其他各種因素對其他複合體的影響）的活性氧簇。即：

產生等量的能量（其實還略多一些，尤其是考慮到葡萄糖往往只能產生30個ATP），同時卻少了接近1/4的自由基。

或者換一種說法：

用葡萄糖來供能時，線粒體會多產生接近1/3的自由基……

如果把線粒體比作細胞的發動機，那麼相比於「燒油」，這個發動機在「燒糖」時會產生更多的煙塵（自由基），從而更容易出故障，工作壽命也更短……

的確，在各種其他因素（比如杜絕種子，保證各種微量營養（尤其是鎂），保證日照和睡眠，控制總熱量，甚至受冷）都控制得很好的情況下，碳水化合物（各種澱粉類蔬菜，還有適量的水果）本身是人體「還行的」的能源——但終不會是「最好的」。

所以，只要讓線粒體主要代謝脂肪酸，就可以盡量減少對複合體1的使用率，從而在源頭上最小化活性氧簇的產生。

所以，如果讓身體完全進入以脂肪（而非葡萄糖）為主的代謝模式，讓全身的絕大多數發動機都偏愛燒油（而非燒糖），那麼（至少在理論上）可以延緩衰老。

當然還有許多其他影響因素：
比如攝入的卡路里總量——一般情況下，熱量越多，自由基越多——除非身體大力啟用解耦聯蛋白3，使得線粒體可以在不產生ATP的情況燃燒熱量（那是另一個故事了）；
比如線粒體內的抗氧化機制——含錳過氧化物歧化酶，谷胱甘肽過氧化物酶（至少後者在脂肪代謝模式下能更好地發揮作用）……
但「燒糖還是燒油」總歸是更根本的問題。

燒糖還是燒油？

如果你覺得1/4（還有1/3）聽上去不算很多，那麼可以考慮下：

人體內有接近40萬億個細胞，每個細胞平均有1000~2000（極度耗能的組織（比如心、腦）中的每個細胞甚至有10000）個線粒體，平均每個細胞每分鐘內要（循環）產生30億個ATP分子……

心臟本來就偏好使用脂肪酸（也許正與此種考慮有關）；而由於血腦屏障的存在，腦不能直接使用長鏈脂肪酸，於是在脂肪代謝模式中會主要使用酮體（β-氨基丁酸和乙醯乙酸），它們產生的FADH2和NADH+H+的比例大約是1:3——為了產生128個ATP，需要出現近35個NADH+H+，比使用葡萄糖少1/8。

而我們的一生又有多少分鐘……

1/4（好吧，9/40；好吧，（對於腦來說），1/8）的自由基減少量，積累到上述尺度中去，會是怎樣的不同……

另外，注意鴿子的線粒體複合體1的量，也不過比老鼠的少大約3/8。

讓我們期待那樣的不同吧。

加油！（不是「加糖」。）

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