生命与金属（2）---灵巧镶嵌

在生命与金属（1）我们提到，血红蛋白在携氧蛋白里面的效率是最高的，这可能跟它的结构有关。血红蛋白是由2个α蛋白亚基和2个β蛋白亚基组成的，每个蛋白亚基都包裹着一个血红素，而血红素的核心就是这个螯合着铁离子的卟啉环。可以这么说，血红素是血红蛋白的功能行使单元，铁卟啉环是血红素的功能中心，而实际上与氧原子结合的，是最中心的那个亚铁离子。

人类的血红蛋白有4个亚基，所以一个血红蛋白分子可以结合4个氧分子。而血红蛋白的精巧结构，可以使已结合一个氧分子的血红蛋白加速对接下来的氧分子的结合效率。这一设计可以说极大提高了血红蛋白运输氧气的能力。

这就像是一个巨大的以金刚石为刀具的高精密度数控切削机床，它有着复杂的电脑控制系统，坚固的外壳，灵巧的机械臂，全都是为了使中心的那一小点金刚石的切割，更加精准高效。

真正行使运输氧气功能的是中间那个小小的亚铁离子

血红蛋白结构；

血红素在人体的很多蛋白质大分子中都存在着，发挥着举足轻重的作用。有人将人体中主要由铁卟啉行使功能的蛋白质大分子按功能分成了四类：对氧的传递（血红蛋白）、贮存（肌红蛋白）、活化（细胞色素P-450）、电子传递（细胞色素）。

第一类：血红蛋白

我们在刚才已经对其有了充分的了解。

第二类：肌红蛋白

它是由153个氨基酸环绕中央的血红素组成的单链蛋白质。其对氧气的亲合力大于血红蛋白，所以在肌肉组织中储存氧气。因为只需要一点氧分压便可以使其对氧气的结合力达到饱和，所以比血红蛋白更适合储存氧气。

我们常说的红肉（牛肉等）与白肉（肌肉等），其颜色的深浅主要就是因为其中所含肌红蛋白的多少。由于肌红蛋白贮存氧气，在长跑选手（如马拉松选手）中，其含肌红蛋白较多的慢肌纤维比例要远远高于短跑运动员。

马拉松选手拥有更多的慢肌纤维

它还和横纹肌溶解症有关：若严重过度运动，有可能使肌细胞溶解并导致肌红蛋白进入血液，在肾脏堵住肾小管，引起肾损伤，即横纹肌溶解症。

对了，还记得上一章提到的血绿蛋白吧？它是由上百个肌红蛋白组合而成的（而不是血红蛋白）。我们用来贮存氧气的肌红蛋白，却被龙介虫等动物拿来运输氧气了。所以，从某种意义上讲，龙介虫的血液就类似于我们溶解了的肌红蛋白吧。（误）

第三类：细胞色素P450

细胞色素P450（cytochrome P450，其基因简写为CYP）其名称来源是因为它的还原态的特征吸收光谱为450纳米。这是一个超大的蛋白家族，已经被发现存在于包括动物、植物、真菌、原生动物、细菌、古菌乃至病毒中，已知属于这一蛋白家族的蛋白数量超过了20000个。

这一家族的功能主要是催化氧化有机化合物，因此也是涉及药物代谢与生物激活作用的主要酶类，约占到各种代谢反应总数的75%。例如CYP2C19基因上一个小小碱基的不同，就能决定你服用奥美拉唑的疗效；再比如CYP2D6基因对于去甲替林的使用也有指导意义——因为细胞色素P450影响着药物在你体内的代谢过程。不同人群对于药物的反应不同，所以在治疗方案上理应区别对待，这便是奥巴马积极推动的“个体化医疗”的内涵所在。

第四类：另一大类细胞色素

它们位于线粒体膜上的电子传递链上（原核生物等的电子传递链在细胞膜上），通过一系列的电子传递过程，这些细胞色素像击鼓传花一样将电子传递给最终受体——氧气（无氧呼吸的部分生命可以以其他物质作为最终受体），从本质上来讲，也算是行使氧化还原反应吧。

除了蛋白质大分子以外，卟啉环也在人体的其他有机物中发挥着作用，例如与恶性贫血相关的维生素B12中间就是一个钴卟啉。

卟啉环这个能镶嵌不同魔法宝石的魔法装备，在我们体内真的是很实用，而接下来我们将会看到它更加重要的地方：没有它的话，世界就不会是现在这个样子。是的，我说的是行使光合作用的光能使者---镁卟啉。

从吸血鬼的故事中我们了解到，卟啉分子对光线是很敏感的。那么聪明的你一定想到了，它是不是和光也有什么“人尽皆知”的秘密？

没错，行使光合作用的那个叶绿体中间，也是一个卟啉环。只不过这个魔法装备镶嵌的并不是铁、铜或者钴，而是镁。

世界上至少存在6种叶绿素，其中叶绿素a普遍存在，叶绿素b被发现于陆生植物和某些藻类中，叶绿素c1、c2、d和f则只在某些藻类中存在。

叶绿素a

与血红素不同的是，镁离子在叶绿素里面的作用并不是决定性的，实际上，卟啉环本身就可以捕获光子；不单卟啉环可以捕获光子，一些其他的色素，如类胡萝卜素和花青素等，也都有捕获光子的能力。

镁离子在叶绿素里面更像是一个“增强子”，将叶绿素捕获光子的能力大幅提升，使其在所有的光合色素中脱颖而出，成为这个星球覆盖最广，也最耀眼的色彩。

叶绿素中的镁离子是可以失去的：叶绿素在经过加酸或加热或脱镁作用后会变成脱镁叶绿素（Pheophytin），颜色也会变成褐色，所以又称为为褐藻素。水体被污染的地方，浮游植物细胞会破碎死亡，其原本所含的叶绿素也跟着被破坏，而转变成脱镁叶绿素。因此脱镁叶绿素的含量比例可以作为水质的指标之一。

我想，《银河护卫队（Guardians of the Galaxy ）》中Groot的族人们，体内流淌的血液肯定会是绿色的，他们的叶绿素说不定也是被复杂而精致的多肽链包裹起来，形成一些复杂的光子捕获机器——叶绿蛋白，而叶绿蛋白中的那个镶嵌着镁离子的美丽卟啉环也依然会散发着令人着迷的魔力。