同样的砖块，四大家族中的两个
你在上一篇里已经见过那个核心思想：细胞几乎一切都用一小套以碳为骨架的零件搭建，靠在每个连接处脱去一个水分子把小单元拼起来，再靠加回水把它们拆开。由此产生的四大家族里，本篇先讲头两个——碳水化合物和脂质。它们是细胞的能量分子，但你将会看到，它们远不止于“燃烧”这一件事。
有一个值得从一开始就记住的意外之处。碳水化合物和脂质都储能，却建立在相反的方案上。碳水化合物是一种重复糖单元连成的整齐链条——在单体与聚合物的意义上是真正的聚合物。脂质则是叛逆者：它们*根本不是*聚合物，不是由单一重复砖块连成的长链，而是一群较松散的油性分子，靠一个共同习性聚在一起——它们不与水相溶。记住这个对比，本篇余下的内容便会各归其位。
葡萄糖：细胞的零花钱
碳水化合物说到底就是糖——一个糖、两个相连，或许多个连成链。单个的构件是单糖，而其中的主角是葡萄糖：一个六碳的环，在水中蜷成我们熟悉的六边形。葡萄糖是你的血液昼夜携带的分子，也是细胞想要燃料时最先取用的那一个。当医生测量你的“血糖”时，他们所说的糖正是葡萄糖。
碳水化合物这个名字本身就是线索：*碳的水合物*。这些分子由碳、氢、氧组成，其中氢和氧大致以与水本身相同的二比一比例存在。正是这种富含氧、亲水的构成，使糖能在你的血液中轻易溶解——而我们还会看到，这也正是它们每克储能不及脂肪的原因。把两个单糖连起来就得到一个双糖：食用糖（蔗糖）不过是葡萄糖牵着果糖的手。
淀粉、糖原、纤维素：同样的砖，相反的工作
把许多葡萄糖单元连成一条长链，就得到一种多糖——一种复合碳水化合物。这里有一个生物化学中最优雅的事实之一：三种最重要的多糖都由*完全相同*的葡萄糖砖块构成，却仅仅因为砖块堆叠和连接的方式不同，而担当截然不同的工作。
- 淀粉——植物储蓄葡萄糖的方式。轻柔卷曲、易于解开的链，密集存放在马铃薯、稻米和谷物里。你的唾液和肠道把它剪回葡萄糖；这正是一片面包里的能量。
- 糖原——动物的版本，储藏在你的肝脏和肌肉里。一种分支更密的链，许多末端能被同时剪开，在你突然需要时迅速爆发出燃料。
- 纤维素——出人意料的转折。同样的葡萄糖，但在连接前把每隔一个的单元翻转过来。正是这一翻，使链堆叠成坚硬、强韧的纤维——构成植物细胞壁、木材、棉花，以及你沙拉里纤维的那种东西。
这个教训意味深长，值得直说：同一种单体，不同的连接，相反的用途。这里还有一个诚实的小陷阱。多数动物都带着能轻松剪开淀粉和糖原中键的酶，却根本无法断开纤维素那翻转的键——这正是膳食纤维大体上原封不动、未经燃烧地穿肠而过的原因。牛和白蚁能消化纤维素，全靠体内寄居着携带正确酶的微生物。所以“纤维”之所以有价值，不是因为它喂养你，恰恰是因为它不能。
脂质：怕水的家族
现在轮到叛逆者了。一种脂质不是靠共同的形状来定义的——它的成员外形迥异——而是靠共同的习性：脂质不与水相溶。如果一个生物分子油腻又怕水，它几乎肯定是脂质。一旦你回想起氢键，原因就一目了然：脂质大多由长长的碳氢链构成，而碳氢链是非极性的，因此无法加入被水推到一旁的疏水一群。瓶中油和醋的分层，正是这一特征的可见化身。
你食物里和身体上的脂肪是一种甘油三酯，它的主要成分是脂肪酸——一条长长的疏水碳氢尾巴，一端封以一个酸性基团。甘油三酯不过是三条这样的尾巴连在一个叫甘油的小骨架上，每个连接处都靠那同一套搭建糖链的脱水合成完成。脂肪是固态还是液态，归结于一个极小的细节：如果尾巴是直的（不含双键），它们便紧密堆叠，脂肪呈固态——*饱和的*，如黄油；如果一个双键使尾巴弯折，链就无法堆叠，保持液态——*不饱和的*，如橄榄油。
脂肪为何储存如此多的能量
这里有一个值得诚实回答的问题：身体为什么把长期储备以脂肪、而不是以糖的形式存下？两个原因，都直接来自上面的化学。第一，能量是在碳氢键被打断、再与氧重新结合时释放的。脂肪酸的尾巴几乎全是碳和氢，本身附着的氧极少——所以剩下可供“燃烧”的很多。相比之下，糖已经被部分氧化了（记得*碳的水合物*里那么多氧吧），所以它剩下可给的能量较少。论每克，脂肪储存的能量是碳水化合物的两倍多。
第二个原因同样重要，却常被忽略：脂肪怕水，因而能干燥地储存起来。糖原会像海绵一样拖带着大约与自身等重的结合水；而一滴脂肪几乎不带水。于是脂肪赢了两次——每克能量更多，又没有沉重的水要拖着走。这就是为什么一粒小小的种子，或一头冬眠的熊，能把整个冬天的燃料塞进很小的空间。糖是细胞随取随用的零花钱；脂肪则是储蓄账户，密集而有耐心。
构筑细胞的两面派脂质
并非每种脂质都用于储存。影响最深远的那一种脂质，或许就是磷脂——可以说正是它让细胞得以存在。想象一只性格分裂的蝌蚪：一个含磷酸基的头部，那是极性的、因而亲水的；还有两条长长的脂肪酸尾巴，是油性的、怕水的。同一个分子，两种相反的渴求。
把磷脂放进水里，美妙的事就发生了：由于无法同时满足两端，它们自发排成一张双层薄片——头部朝两侧的水面向外，油性的尾巴一起藏在中间。没有谁来搭建它；它自我组装，纯由尾巴逃离水所驱动。这张自造的双层薄片，即脂双层，就是包裹每个细胞的膜——而它恰恰是这道阶梯下一级的起点。
water ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
O O O O O O O O <- polar heads (love water)
| | | | | | | |
| | | | | | | | <- oily tails hide from water
| | | | | | | |
O O O O O O O O <- polar heads (love water)
water ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~这个家族的最后一个分支，看上去根本不像尾巴。胆固醇及其亲属类固醇，建立在一个由四个稠合环构成的紧凑、刚硬骨架上。它嵌在动物细胞膜的磷脂之间，充当间隔垫，使膜既不会太僵硬也不会太稀软。它还是你身体改造成类固醇激素——雌激素、睾酮、皮质醇——以及维生素 D 的原料。所以这个让人在营养标签前担忧的分子，正在你每一个细胞里默默地不可或缺；无论你怎么吃，身体都会自行合成供应。