同樣的磚塊，四大家族中的兩個
你在上一篇裡已經見過那個核心思想：細胞幾乎一切都用一小套以碳為骨架的零件搭建，靠在每個連接處脫去一個水分子把小單元拼起來，再靠加回水把它們拆開。由此產生的四大家族裡，本篇先講頭兩個——碳水化合物和脂質。它們是細胞的能量分子，但你將會看到，它們遠不止於「燃燒」這一件事。
有一個值得從一開始就記住的意外之處。碳水化合物和脂質都儲能，卻建立在相反的方案上。碳水化合物是一種重複糖單元連成的整齊鏈條——在單體與聚合物的意義上是真正的聚合物。脂質則是叛逆者：它們*根本不是*聚合物，不是由單一重複磚塊連成的長鏈，而是一群較鬆散的油性分子，靠一個共同習性聚在一起——它們不與水相溶。記住這個對比，本篇餘下的內容便會各歸其位。
葡萄糖：細胞的零用錢
碳水化合物說到底就是糖——一個糖、兩個相連，或許多個連成鏈。單個的構件是單醣，而其中的主角是葡萄糖：一個六碳的環，在水中蜷成我們熟悉的六邊形。葡萄糖是你的血液晝夜攜帶的分子，也是細胞想要燃料時最先取用的那一個。當醫生測量你的「血糖」時，他們所說的糖正是葡萄糖。
碳水化合物這個名字本身就是線索：*碳的水合物*。這些分子由碳、氫、氧組成，其中氫和氧大致以與水本身相同的二比一比例存在。正是這種富含氧、親水的構成，使糖能在你的血液中輕易溶解——而我們還會看到，這也正是它們每克儲能不及脂肪的原因。把兩個單醣連起來就得到一個雙醣：食用糖（蔗糖）不過是葡萄糖牽著果糖的手。
澱粉、肝醣、纖維素：同樣的磚，相反的工作
把許多葡萄糖單元連成一條長鏈，就得到一種多醣——一種複合碳水化合物。這裡有一個生物化學中最優雅的事實之一：三種最重要的多醣都由*完全相同*的葡萄糖磚塊構成，卻僅僅因為磚塊堆疊和連接的方式不同，而擔當截然不同的工作。
- 澱粉——植物儲蓄葡萄糖的方式。輕柔捲曲、易於解開的鏈，密集存放在馬鈴薯、稻米和穀物裡。你的唾液和腸道把它剪回葡萄糖；這正是一片麵包裡的能量。
- 肝醣——動物的版本，儲藏在你的肝臟和肌肉裡。一種分支更密的鏈，許多末端能被同時剪開，在你突然需要時迅速爆發出燃料。
- 纖維素——出人意料的轉折。同樣的葡萄糖，但在連接前把每隔一個的單元翻轉過來。正是這一翻，使鏈堆疊成堅硬、強韌的纖維——構成植物細胞壁、木材、棉花，以及你沙拉裡纖維的那種東西。
這個教訓意味深長，值得直說：同一種單體，不同的連接，相反的用途。這裡還有一個誠實的小陷阱。多數動物都帶著能輕鬆剪開澱粉和肝醣中鍵的酵素，卻根本無法斷開纖維素那翻轉的鍵——這正是膳食纖維大體上原封不動、未經燃燒地穿腸而過的原因。牛和白蟻能消化纖維素，全靠體內寄居著攜帶正確酵素的微生物。所以「纖維」之所以有價值，不是因為它餵養你，恰恰是因為它不能。
脂質：怕水的家族
現在輪到叛逆者了。一種脂質不是靠共同的形狀來定義的——它的成員外形迥異——而是靠共同的習性：脂質不與水相溶。如果一個生物分子油膩又怕水，它幾乎肯定是脂質。一旦你回想起氫鍵，原因就一目了然：脂質大多由長長的碳氫鏈構成，而碳氫鏈是非極性的，因此無法加入被水推到一旁的疏水一群。瓶中油和醋的分層，正是這一特徵的可見化身。
你食物裡和身體上的脂肪是一種三酸甘油酯，它的主要成分是脂肪酸——一條長長的疏水碳氫尾巴，一端封以一個酸性基團。三酸甘油酯不過是三條這樣的尾巴連在一個叫甘油的小骨架上，每個連接處都靠那同一套搭建糖鏈的脫水合成完成。脂肪是固態還是液態，歸結於一個極小的細節：如果尾巴是直的（不含雙鍵），它們便緊密堆疊，脂肪呈固態——*飽和的*，如奶油；如果一個雙鍵使尾巴彎折，鏈就無法堆疊，保持液態——*不飽和的*，如橄欖油。
脂肪為何儲存如此多的能量
這裡有一個值得誠實回答的問題：身體為什麼把長期儲備以脂肪、而不是以糖的形式存下？兩個原因，都直接來自上面的化學。第一，能量是在碳氫鍵被打斷、再與氧重新結合時釋放的。脂肪酸的尾巴幾乎全是碳和氫，本身附著的氧極少——所以剩下可供「燃燒」的很多。相比之下，糖已經被部分氧化了（記得*碳的水合物*裡那麼多氧吧），所以它剩下可給的能量較少。論每克，脂肪儲存的能量是碳水化合物的兩倍多。
第二個原因同樣重要，卻常被忽略：脂肪怕水，因而能乾燥地儲存起來。肝醣會像海綿一樣拖帶著大約與自身等重的結合水；而一滴脂肪幾乎不帶水。於是脂肪贏了兩次——每克能量更多，又沒有沉重的水要拖著走。這就是為什麼一粒小小的種子，或一頭冬眠的熊，能把整個冬天的燃料塞進很小的空間。糖是細胞隨取隨用的零用錢；脂肪則是儲蓄帳戶，密集而有耐心。
構築細胞的兩面派脂質
並非每種脂質都用於儲存。影響最深遠的那一種脂質，或許就是磷脂——可以說正是它讓細胞得以存在。想像一隻性格分裂的蝌蚪：一個含磷酸基的頭部，那是極性的、因而親水的；還有兩條長長的脂肪酸尾巴，是油性的、怕水的。同一個分子，兩種相反的渴求。
把磷脂放進水裡，美妙的事就發生了：由於無法同時滿足兩端，它們自發排成一張雙層薄片——頭部朝兩側的水面向外，油性的尾巴一起藏在中間。沒有誰來搭建它；它自我組裝，純由尾巴逃離水所驅動。這張自造的雙層薄片，即脂雙層，就是包裹每個細胞的膜——而它恰恰是這道階梯下一級的起點。
water ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
O O O O O O O O <- polar heads (love water)
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| | | | | | | | <- oily tails hide from water
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O O O O O O O O <- polar heads (love water)
water ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~這個家族的最後一個分支，看上去根本不像尾巴。膽固醇及其親屬類固醇，建立在一個由四個稠合環構成的緊湊、剛硬骨架上。它嵌在動物細胞膜的磷脂之間，充當間隔墊，使膜既不會太僵硬也不會太稀軟。它還是你身體改造成類固醇激素——雌激素、睪酮、皮質醇——以及維生素 D 的原料。所以這個讓人在營養標籤前擔憂的分子，正在你每一個細胞裡默默地不可或缺；無論你怎麼吃，身體都會自行合成供應。