编者按：咖啡因可能是当今社会唯一一种被认可的成瘾“药物”，我们可以大大方方承认对咖啡上瘾，而不会产生任何不良的社会影响。只要小小一杯，就能让人精神为之一振。但是为什么喝完咖啡就会精神？为什么精神过后，人会比以前更累？作者在文中用漫画的形式解释了咖啡因使人精神振奋的原理。本文来自Medium，作者David B. Clear，原文标题“How Caffeine Works”。
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你是否想过咖啡因的工作原理？到底是哪些成分有如此强悍的力量？
事实证明，不管是以哪种形式（含糖饮料、含糖苏打水、咖啡等），咖啡因起作用的原理都是相同的。具体来说，咖啡因是作为腺苷受体拮抗剂来发挥作用的。不用担心，我将在文中用漫画的形式解释其中的原理。
什么是腺苷？
想要了解咖啡因，你首先需要了解腺苷（adenosine）。想要了解腺苷，你首先需要了解ATP。事实上，ATP是一种重要的分子，生物化学家将其称之为“生命的燃料”。
我们就从ATP开始讲起。
我们需要食物才能生存，其中很重要的原因就是食物能为我们提供能量，这些能量是我们的肌肉、大脑和体内所有生物反应的基础。问题在于，我们不能直接给大脑塞披萨，指望脑细胞可以立刻吸收其中的能量。
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毕竟，不管我们将一块披萨切到多小，都不能被细胞所吸收。食物进入我们的体内后，需要被分解和消化，使之成为可以供身体吸收的分子。这一步是需要肠胃来完成的，而分解出来的分子之一就是葡萄糖。
和披萨不同，葡萄糖是一种足够小的分子，可以融进血液、遍布全身。但是，尽管葡萄糖足够小且含有能量，它仍然无法轻易地被其他细胞所吸收。所以，葡萄糖需要被进一步分解。幸运的是，人体中有一种机制可以做到这一点，这一步是在线粒体中完成的。
线粒体吸收一部分葡萄糖和氧气，并在细胞呼吸的过程中将葡萄糖进一步分解。将葡萄糖分解后就产生了ATP，它的全称是三磷酸腺苷。这就是我们前文提到的“生命的燃料”，它是细胞运作的动力。
举个例子，如果细胞是街头游戏机，那么ATP就是游戏币，只有投入足够的游戏币，游戏机才可以正常运转。
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没有游戏币，游戏机就会黑屏。没有ATP，细胞就会停止运作。
ATP有一个非常花哨的化学公式：
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非化学专业的朋友可能对这样的公式感到恐惧，别担心，我会将它简化一下，使读者便于理解：
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在这张图片里，如大家所见，ATP是由一个腺苷分子和三个磷酸盐组成，这就是它的名字——三磷酸腺苷——的由来。
现在，为细胞提供能量的正是ATP中锁在一起的三个磷酸盐（下图黄色部分）。
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三个磷酸盐的化学键能通过水解的方式分解。所谓的水解，就是通过水破坏化学键，释放能量。
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分解的过程中会产生大量的能量，而这些能量正是我们体内细胞中所需要的。它不仅是肌肉细胞收缩和膨胀的动力，还是大脑细胞产生电的源泉，更为蛋白质和脂肪等复杂分子的构建提供动力，或者是使物质得以进出细胞。简而言之，它为人体存活所需的所有细胞活动提供能量。
在水解过程丧失一个磷酸盐后，我们看到的就只剩下“二磷酸腺苷”（ADP），也就是一个腺苷分子和两个磷酸盐链接。
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这两个磷酸盐的化学键中还保存一定能量，能量会在下一次水解过程中释放出来。
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随着第二个磷酸盐的消失，我们现在只剩下一个磷酸盐和腺苷，它被称为单磷酸腺苷（AMP）。
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当最后一种磷酸盐也用尽后，我们就只剩下一个“孤零零”的腺苷分子。
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那么什么是腺苷呢？我们知道它是一种咖啡因拮抗剂（这个名词我之后会解释），是三个磷酸盐被水解后仅剩的分子。
腺苷如何使人犯困
你可能听过褪黑素，这是一种可以滲入血液的催眠激素。但是，褪黑素和黑夜并不是我们犯困的唯一原因。人的疲劳程度还取决于自己白天的活跃程度——如果在沙发上坐了一整天看电视，那么到晚上也不会觉得很累。但是如果每天忙于考试，或者在客厅里到处乱跑，那么一天之后就会感到劳累。
那么，使我们感到劳累的深层原因到底是什么？事实上，人越是活跃，对能量的需求就越高，消耗的ATP就越多。我们已经了解了在水解释放能量的过程中，ATP会变成ADP、AMP和最终的腺苷。一天下来，大量的腺苷堆积正是我们感到困倦的原因。
在我们的大脑里，就有专门为接收腺苷的神经受体。
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你可以将这些受体想像成为腺苷量身定做的“接收站”。
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一旦这些腺苷分子插入受体，就会启动相应的生物化学反应，对外表现就是神经元反应迟钝。如果比喻的话，就相当于腺苷分子开始向神经元唱催眠曲，使人困倦。
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当大脑中有越来越多的腺苷，我们的倦意就会越来越浓。
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这就是为什么白天越活跃，ATP消耗越多，我们最终就会感到越劳累。
咖啡因会干扰腺苷的“催眠曲”
我们已经了解了腺苷的积累如何使人感到困倦。现在我们可以开始了解咖啡因可以成为腺苷拮抗剂的原因。
让我们先看一下腺苷和咖啡的化学式：
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我在这里将化学式简化了一下：下图中左边蓝色的是腺苷，右边橘色的是咖啡因。
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咖啡因和腺苷的形状相似，可以落在大脑中为腺苷设立的受体中。
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但和腺苷不同，咖啡因不会减缓神经元的运作。咖啡因占据了这些受体，阻止腺苷给大脑唱“催眠曲”，从而让我们保持清醒。
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用科学术语来讲，咖啡因就是腺苷的拮抗剂（antagonist）。顾名思义，拮抗剂就是堵塞某些生化反应受体的物质。当我们说咖啡因是腺苷的拮抗剂，意思就是咖啡因可以阻挡腺苷进入受体，从而阻断腺苷的功能。
因为腺苷的作用就是使人困倦，因此被咖啡因阻塞后我们就会保持清醒。
腺苷的“复仇”
咖啡因阻断腺苷受体的能力非常强，有时候它可以让你一整天保持清醒。但是和所有药物一样，咖啡因也有自己的缺点。简单来说，就是人的大脑会重新“长”出受体，来接收这些游离在外的腺苷。
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新的受体长出来后，就意味着：一些受体被咖啡因占据，另一些则被腺苷占据。
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因此，在喝完咖啡过了一定时间后，咖啡因就不再使人清醒。我们可能会有一段时间处于中间状态：既不困，也不精神。
喝咖啡不再起作用的现象也可以用“咖啡耐受性”来解释：一旦你开始习惯了咖啡因，你就需要更大剂量的咖啡因来阻断新长出的受体。
更糟糕的，在缺乏咖啡因刺激的情况下，你的大脑会接收更多的腺苷，因此倦意就更明显。
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结果就是，在没有咖啡因的情况下，人会因为疲惫而睁不开双眼，需要更多杯意式浓缩。
译者：Michiko