纤维素
——一种结构多糖

与其他植物纤维一样，棉花中的纤维素含量超过了90%，纤维素是一种葡萄糖聚合物，也是植物细胞壁的主要成分。“聚合物”（polymer）这个词通常会让人联想到合成纤维和塑料，但实际上天然存在的聚合物也不少。polymer这个词来自两个希腊词，poly意为“许多”，meros意为“部分”或“单元”，由此可知聚合物是许多单元结合而成的。葡萄糖的聚合物也称为多糖，根据多糖在细胞中所承担的功能，可以分为结构多糖和贮存多糖。纤维素这样的结构多糖能起到支持有机体的作用，贮存多糖则可以把葡萄糖储存起来，以备不时之需。结构多糖的单元是β-葡萄糖；贮存多糖的单元是α-葡萄糖。我们在第三章已经提到过，β指的是葡萄糖环1号碳原子的上方连接着羟基，而α指的是葡萄糖环1号碳原子的下方连接着OH基团。

α-葡萄糖和β-葡萄糖之间的差异看起来虽然不大，但每种葡萄糖衍生出的各种多糖的功能和作用大相径庭，根源就在于这种差异：在环的上方，就是结构多糖，在环的下方，就是贮存多糖。一个分子在结构上的微小变化就能对化合物的性质产生如此深远的影响，这种情形在化学中屡见不鲜，葡萄糖的α和β聚合物极好地阐明了这一观点。

在结构多糖和贮存多糖中，葡萄糖单元通过一个葡萄糖分子上的1号碳原子和相邻的葡萄糖分子上的4号碳原子彼此连接。这种连接是通过脱掉1个水分子（1个葡萄糖分子脱掉氢原子，另一个葡萄糖分子脱掉羟基）实现的。这个过程称为缩合，以这种方式形成的聚合物称为缩合聚合物。

葡萄糖分子的每一端都能通过缩合与另一个葡萄糖分子相连，形成葡萄糖链，未脱掉的羟基分布在链的外侧。

棉花能够成为一种理想的织物，要归功于它与生俱来的一些特质，而其中很多特质都与纤维素的独特结构有关。纤维素长链紧紧地结合在一起，形成坚硬的不溶性纤维，植物的细胞壁就是由这种纤维构成的。在确定物质的物理结构时，通常要用到X射线和电子显微镜，分析发现，纤维素链并排排列成束。β连接为结构赋予形状，使纤维素链能足够紧密地结合在一起，形成这些束，这些束随后又扭结在一起，形成肉眼可见的纤维。纤维素链束的外层是没有参与形成长纤维素链的羟基，这些羟基可以吸引水分子。因此，纤维素能吸收水分，这也是棉花和其他纤维素产品吸水性特别好的原因。“棉花会呼吸”的说法与空气流通无关，而完全是棉花吸水能力的体现。在炎热的天气里，身体的汗水在蒸发过程中会被棉质衣料吸收，让身体的温度降下来。尼龙或聚酯材质的衣服不吸收水分，所以汗水不会被“吸走”，潮湿感会让人很不舒服。

另一种结构多糖是几丁质，这是纤维素的一种变体，存在于螃蟹、虾和龙虾等甲壳类动物的外壳中。几丁质和纤维素一样，是一种β-多糖。几丁质与纤维素的不同之处仅在于，每个β-葡萄糖单元的2号碳原子位置上，其中的羟基被一个乙酰氨基（—NHCOCH 3 ）所取代。因此，这种结构性合物的每个单元都是一个乙酰氨基取代了2号碳原子上的羟基的葡萄糖分子。这种分子叫作N-乙酰氨基葡萄糖。我知道，这个名字看上去颇让人提不起兴趣，但对患有关节炎或其他关节疾病的人士来说，这个名字可能已经烂熟于心了。N-乙酰氨基葡萄糖及其密切相关的衍生物氨基葡萄糖，都是由甲壳类动物的外壳制成的，大大缓解了许多关节炎患者的病痛。

尽管植物界有数以十亿计的葡萄糖单元以纤维素的形式存在，但因人类和所有其他哺乳动物体内没有分解这些结构多糖中β链所需的消化酶，也就不能将其作为食物来源。但是，有一些细菌和原生动物却拥有分解β链所需的酶，因此能够将纤维素分解成葡萄糖分子。有些动物的消化系统中有临时储存区，在储存区中就活跃着这类可以分解纤维素微生物，这些动物就能以这种方式获得营养。举例来说，马有盲肠，也就是小肠和大肠交界处连接的囊状袋，就可以进行这样的活动。反刍动物，包括牛和羊，有一个四室胃，其中一个室就寄生着这种细菌。这类动物还会定期反刍，不断咀嚼自己的反刍物，这是其消化系统做出的另一种适应性调整，目的是要获取更多的β链酶。

对兔子和其他一些啮齿动物来说，这些必不可少的细菌寄生在大肠中。由于小肠是吸收大部分营养物质的地方，而大肠在小肠之后，这些动物通过吃粪便获得了分解β链的产物。当营养物质第二次通过消化道时，小肠就能够吸收第一次通过消化道的纤维素所释放出的葡萄糖单元。在我们看来，用这种方法来解决羟基指向性的问题，未免太重口味了，但对这些啮齿类动物来说，这个办法非常有效。一些昆虫，比如白蚁、木匠蚁和其他吃木头的害虫，体内都有某种微生物，使得它们能够以纤维素为食，而对人类的住宅和各种建筑来说，这有时会产生灾难性后果。尽管我们无法代谢纤维素，但它在我们的日常饮食中仍然非常重要。比如能够促进消化道废物移动的植物纤维，就包含着纤维素，以及其他难以消化的物质。 0YAP5QQtKFqeLiaon2ANA6MyOqwTAmNFPpFI7i4zqVMuO9csV2qrAaSLVdF5K74g