消化系統的基本功能是食物的消化和吸收，供機體所需的物質和能量，食物中的營養物質除維生素、水和無機鹽可以被直接吸收利用外，蛋白質、脂肪和糖類等物質均不能被機體直接吸收利用，需在消化管內被分解為結構簡單的小分子物質，才能被吸收利用。食物在消化管內被分解成結構簡單、可被吸收的小分子物質的過程就稱為消化。這種小分子物質透過消化管粘膜上皮細胞進入血液和淋巴液的過程就是吸收。對於未被吸收的殘渣部分，消化道則透過大腸以糞便形式排出體外。

在消化過程中包括機械性消化和化學性消化兩種形式。

食物經過口腔的咀嚼，牙齒的磨碎，舌的攪拌、吞嚥，胃腸肌肉的活動，將大塊的食物變成碎小的，使消化液充分與食物混合，並推動食團或食糜下移，從口腔推移到肛門，這種消化過程叫機械性消化，或物理性消化。

化學性消化是指消化腺分泌的消化液對食物進行化學分解而言。由消化腺所分泌的種消化液，將複雜的各種營養物質分解為腸壁可以吸收的簡單的化合物，如糖類分解為單糖，蛋白質分解為氨基酸，脂類分解為甘油及脂肪酸。然後這些分解後的營養物質被小腸（主要是空腸）吸收進入體內，進入血液和淋巴液。這種消化過程叫化學性消化。

機械性消化和化學性消化兩功能同時進行，共同完成消化過程。

食物的消化是從口腔開始的，食物在口腔內以機械性消化(食物被磨碎)為主，因為食物在口腔內停留時間很短，故口腔內的消化作用不大。

　食物從食道進入胃後，即受到胃壁肌肉的機械性消化和胃液的化學性消化作用，此時，食物中的蛋白質被胃液中的胃蛋白酶(在胃酸參與下)初步分解，胃內容物變成粥樣的食糜狀態，小量地多次透過幽門向十二指腸推送。食糜由胃進入十二指腸後，開始了小腸內的消化。

小腸是消化、吸收的主要場所。食物在小腸內受到胰液、膽汁和小腸液的化學性消化以及小腸的機械性消化，各種營養成分逐漸被分解為簡單的可吸收的小分子物質在小腸內吸收。因此，食物透過小腸後,消化過程已基本完成，只留下難於消化的食物殘渣，從小腸進入大腸。

大腸內無消化作用，僅具一定的吸收功能，吸收少量水、無機鹽和部分維生素。

澱粉，蛋白質，脂肪的消化及吸收：

澱粉：在口腔內由唾液初步消化為麥芽糖。在小腸中由腸液及胰液消化為葡萄糖。全部被毛細血管吸收蛋白質：在胃中由胃液初步消化為蛋白腖，在小腸中由腸液及胰液消化為氨基酸。全部被毛細血管吸收

脂肪：在小腸中由腸液及胰液消化（膽汁促進消化）為：甘油和脂肪酸 ，小部分被毛細血管吸收，大部分由毛細淋巴管吸收。

機體所需的能量來源於食物中的糖、脂肪和蛋白質。這些能源物質分子結構中的碳氫鍵蘊藏著化學能，在氧化過程中碳氫鍵斷裂，生成CO2和H2O，同時釋放出蘊藏的能。這些能量的50%以上迅速轉化為熱能，用於維持體溫，並向體外散發。其餘不足50%則以高能磷酸鍵的形式貯存於體內，供機體利用。體內最主要的高能磷酸鍵化學物是三磷酸腺苷（ATP）。此外，還可有高能硫酯鍵等。機體利用ATP去合成各種細胞組成分子、各種生物活性物質和其他一些物質；細胞利用ATP去進行各種離子和其它一些物質的主動轉運，維持細胞兩側離子濃度差所形成的勢能；肌肉還可利用ATP所載荷的自由能進行收縮和舒張，完成多種機械功。總的看來，除骨骼肌運動時所完成的機械功（外功）以外，其餘的能量最後都轉變為熱能。例如心肌收縮所產生的勢能（動脈血壓）與動能（血液流速），均於血液在血管內流動過程中，因克服血流內、外所產生的阻力而轉化為熱能。在人體內，熱能是最“低階”形式的能，熱能不能轉化為其它形式的能，不能用來作功。通用的法定計量的熱量單位為焦耳（Joules.J）。過去熱量單位是卡或千卡，1卡=4.187焦耳，1千卡=4.187千焦耳（kJ）。1焦耳/s為1瓦特。

我們每天都進食大量的食物維持生命體能，那麼食物究竟是如何轉化成人體所需的能量呢？我們都知道每天吃的食物都具有一定的營養，基本上是經過咀嚼，磨碎了，吃進肚子消化的，然而距離轉成人體能量還有很多過程的，進食僅僅是第一步，每餐吃的食物都含有一定的營養物質；這些物質被進食後透過人體的消化系統分解成微小元素，在人體易於吸收透過腸壁進入血液中。人體消化系統開啟物質代謝的程式，新陳代謝過程中人體會從營養物質中獲取所需要的能量和微量元素。這些能量供給人體內的各項生理機能，例如體溫調節、運動消耗、消化、心臟跳動、思考等等這些日常的行為。

通常情況下，能量在身體裡燃燒，那麼能量是如何儲存？人體消化系統有儲存的供能物質，糖原會儲存在肝臟和肌肉細胞中，直接儲存的能量。在糖原充足的情況下,糖分會轉化為脂肪並儲存在肌肉組織內。當脂肪、葡萄糖、氨基酸進入人體後，他們會隨著我們的需要進行一部分的相互轉變，總的來說我們人體依靠葡萄糖所生成的糖原和脂肪組織來儲存我們所需的供能物質。

我們吃的物質，可以按照營養形式分成糖，蛋白質，脂肪，水，礦物質等。

為了方便理解，我用最簡單的一句話就行總結，食品在吃進體內就是一個緩慢分階段氧化的過程，你可以理解為食品的燃燒。在體外，燃燒會釋放熱量，但是得到的能量效率很低，在體內的氧化就像是高效率的燃燒，只不過是放慢了這個過程。

另外，生命活動需要能量，能量釋放在生物中最小單位是一個ATP,一個ATP水解會產生一個ADP和一個磷酸根，進行能量釋放。

生物需要從外界攝入物質能量，人類以動植物為食，消化吸收後經血液傳遞給全身組織，不過人體內能量的分解和外界的燃燒等化學反應不同，是更為複雜的氧化反應。

外界的燃燒僅僅只是氧氣和可燃物質的化合反應，在這個強烈的氧化過程中釋放出大量的熱量，而人類吃進來的食物除了要維持體溫，有很大一部分被用來供應我們身體的活動。食物的消化是消化道將食物磨碎，在消化酶的作用下，食物被分解為分子量較小的物質形式，只有這樣才便於腸道黏膜細胞對營養的吸收，進入人體後部分物質合成為人體所需的大分子生命物質，部分就拿來供能了。我們人類是真核動物，細胞中具有線粒體，線粒體就是人體細胞主要的產能細胞器，其中可以發生葡萄糖的有氧氧化和無氧酵解，也能分解一些小分子的有機酸性物質或者蛋白質脂肪等供能，是非常複雜的生理化學變化，有很多生物酶參與，需要人體保持適宜的溫度。

以有氧氧化為例子，葡萄糖進入細胞後被運輸到線粒體中，發生有氧氧化，葡萄糖的化學鍵中儲存著植物從Sunny中獲取的能量，但是這些能量無法直接被人體應用，需要轉移到ATP等高能磷酸物質中，這才是生物體內主要應用的能量物質，而這種轉化也是有一定效率問題的，所以葡萄糖氧化過程中會產生大量熱，也就協助人體維持了體溫，氧氣在這個過程中的作用是促進物質反應過程中的電子轉移等使固定在化學鍵中的能量釋放出來，葡萄糖氧化的產物和中間產物有很多，最終的產物是水和二氧化碳。人體細胞進行各種生命活動的時候，就近利用細胞器旁的ATP，ATP脫掉一個氫生成ADP，能量就被轉移到相應的細胞蛋白結構中去，促進蛋白的運作進而引起細胞或者生物整體的活動。

生物氧化反應是一系列酶促反應，每一個氧化階段都伴隨著能量向ATP中的轉移，一分子葡萄糖氧化可以形成32個ATP，是最高效的方式，在劇烈運動的時候氧氣供應不足，線粒體中會進行無氧酵解，是葡萄糖的不完全分解，產生更少的ATP和乳酸等物質，是造成肌肉痠痛的一個原因。

醣，是人體的能量食物，化學成份為碳水化合物，主要含在植物性食物裡邊，攝入食物後主要在小腸內消化吸收，靠胰䏼分泌的胰澱粉酶，把各種複合醣，分解成單醣，主要是葡萄糖，消化吸收，轉化成能量，主要是熱能。這裡要說明的一點是，胰腺開始分泌的澱粉酶，不是成品，是酶元，要在胰䏼分泌出的胰島素作用下，把澱粉酶元，變成澱粉酶，才能有活力。所以在胰素分泌出現障礙時，醣就不能被消化吸收，大量的糖存入血液內，隨尿排出，這就是糖尿病！

這是一個好問題——呼吸其實就是緩慢的燃燒，將我們直接使用的能源物質——糖類完全氧化，變成水、二氧化碳和大量能量的過程。

這種認識在現在幾乎無人不知，不過在幾百年人們還在為“為什麼要呼吸”爭論。但令人沒有想到的是，有氧呼吸的細節則是最近幾十年才揭密的，之前我們只是知道“氧化會產能”，但是我們不知道糖類與氧是如何合成ATP的，也就是細胞內的能量貨幣，所有生命活動的能量來源。

讓我們從頭開始說起吧——食物的主要營養成分無外乎糖類、脂肪、蛋白質、維生素和礦物質，其中後三個一般不參與供能（極端情況下也會分解蛋白質供能，這已經是徘徊在餓死的邊緣了）。糖類的分解更簡單，呼叫更方便，而糖類也需要在轉化為葡萄糖後能能直接參與呼吸，所以我們要研究的是葡萄糖如何轉化為ATP。

在以前，人們稱糖類為“碳水化合物”（現在保健界還廣泛引用這個概念），這是因為糖類中的氫與氧總是保持2：1，就像是在碳原子上塞了若干個水分子。不過如果我們審視有氧呼吸的逆過程——光合作用，就會發現一些有意思的事情。

光合作用是二氧化碳與水參與，合成糖類並釋放氧氣的過程，所以是將二氧化碳拆開並把水塞進去嗎？與我們的直覺判斷完全相悖，光合作用的實際過程是將水拆開，把氫塞到二氧化碳上並把來自水的氧排入到空氣中。這種彆扭化學反應的原因很簡單，因為拆二氧化碳比拆水還要困難（雖然水已經算是很不好拆的了），所以只能從水拆起。

透過觀察光合作用我們就能認識到一個更加深刻的問題——糧類中的碳與氧都是充數的，真正的能量來源是氫，糖本質上不算什麼“碳水化合物”，而是“二氧化碳、氫化合物”，所以在有氧呼吸的過程中，我們要理解的問題就是——如何將氫原子從糖上剝下來並變成能量。

在過去我們初中的教書中，已經給出了有氧呼吸的三步，想要發現並理解前兩步並不困難，因為它們還是屬於一般有機化學的研究範圍，我在這裡可以簡單介紹一下：

第一步：在細胞質中進行，本質上是無氧呼吸，對葡萄糖的第一次分解

C6H12O6酶→2C3H4O3(丙酮酸)+4[H]+少量能量 (2ATP)

我們可以注意到，這裡剝離了4個氫。

第二步：線上粒體的基質中進行，徹底地將氫原子釋放，而且就像我之前說的那樣，雖然已經產生了二氧化碳，但是依然不需要氧的參與。

2C3H4O3(丙酮酸)+6H2O酶→20[H]+6CO2+少量能量 (2ATP)

好的，現在我們得到了什麼？線粒體中富集了大量的氫原子，現在我們面臨的正是有氧呼吸中最困難的第三步——如何讓氫的能量變成ATP呢？

這說起來簡單做起來可真的難，氫與氧的直接結合確實可以釋放能量——熱能，可線粒體並不是內燃機，熱能是無法轉化為任何一種可被生物利用的能源的。

當然在經歷重重困難後，這個精妙的過程還是被人類給理解了，這足以讓你大吃一驚。

氫在被脫下來時並不是一個個完整的原子，事實上它是被分開了——電子與質子。質子被直接拋棄線上粒體內膜內側，而電子則坐上了一條由酶和種色素組成的“流水線”（電子傳遞鏈），反覆穿越線粒體內膜，隨著一步步的傳遞，電子會消耗掉自己所有的能量，最後在細胞色素C氧化酶處質子和氧分子相遇，變成水。

這條流水線是幹什麼的呢？它們如膜系統中非常常見的離子泵一樣，將被拋棄的質子從膜內泵到膜外。

質子，不就是氫的原子核麼？這麼做是為了什麼？細細一想就會明白，質子被源源不斷地泵到膜外側，而電子坐完過山車後會回到膜內側。正負電荷相吸引，於是在一層細胞膜的厚度之間，累積了強大的電勢能。十幾奈米的距離讓電壓可高達幾十萬伏特，直達雷雲的水平，在我們微小的細胞內電閃雷鳴！

化學能成功地轉化為了……電能？不是，事實比想象的更奇妙，是機械能。APT合成酶其實是一個“ATP旋轉式壓制機”，質子從膜外一側進入，在向內的庫侖力帶動下，整個酶如同一個磨盤旋轉起來！

ATP的釋能過程其實就是三磷酸腺苷連著的三個磷酸基團斷裂脫落的過程，那麼自然的，只要把磷酸基團再“安”上去就可以再次合成ATP了。在ATP合成酶上發生的就是這麼奇妙的過程：

一個二磷酸腺苷（ADP）+一個磷酸基團（Pi）進入ATP合成酶，在轉動的機械能作用下，磷酸基團“喀嚓”一聲被壓到第二個磷酸基團的屁股上，一個ATP就成功生產出來了！

穿過了“壓制機”，質子終於進入到線粒體內質中，最後與細胞色素C氧化酶處的電子與氧分子團聚，變成水，整個有氧呼吸的全過程就完結了。

怎麼樣，是不是沒想到生物書上一筆帶過的有氧呼吸竟然還這麼有意思？人類期待的奈米機器，已經在生物體內工作了足足20億年了呢！

大家知道，物質燃燒是需要一定的溫度的，就是說要用火把它點燃，我們吃進的食物，碳水化合物，脂肪，蛋白質等，經過人體消化吸收，變成我們身體可利用的物質，我們身體只有攝氏37度，離點燃這些物質的溫度還差得很遠！那麼，這些物質怎麼在我們體內被點燃，然後氧化燃燒，供給人體熱量，能量，維持人體最基本的生命活動的呢？.