- 葉綠素和血紅素
- 作者：蘇化學(xué) 發(fā)布日期：2021-03-15
說(shuō)起葉綠素和血紅素，很多人以為它倆毫無(wú)關(guān)系—— 一個(gè)服務(wù)于植物的光合作用，一個(gè)致力于動(dòng)物的有氧呼吸。其實(shí)，從分子化學(xué)的角度上講，它們倆還真屬“一脈相承”，只是在動(dòng)植物身上表現(xiàn)出了不同的功用。
今天就讓我們一起跟著《化學(xué)總動(dòng)員—葉綠素和血紅素》去一探究竟吧！
△ 《葉綠素和血紅素》
葉綠素
葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要色素，它從光中吸收能量，然后能量被用來(lái)將二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓衔铩Ｊ且活?lèi)含脂的色素家族，位于類(lèi)囊體膜。葉綠素吸收大部分的紅光和紫光但反射綠光，所以葉綠素呈現(xiàn)綠色，它在光合作用的光吸收中起核心作用。
葉綠素為鎂卟啉化合物，包括葉綠素a、b、c、d、f以及原葉綠素和細(xì)菌葉綠素等。葉綠素不很穩(wěn)定，光、酸、堿、氧、氧化劑等都會(huì)使其分解。酸性條件下，葉綠素分子很容易失去卟啉環(huán)中的鎂成為去鎂葉綠素。
“來(lái)自植物的生命力和能量。”葉綠素是植物化學(xué)物質(zhì)，使植物呈現(xiàn)綠色，并幫助他們將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為能量。植物中葉綠素的作用好比是人體中的血液功能，可能大多數(shù)人沒(méi)有意識(shí)到這一事實(shí)。
葉綠素的分子結(jié)構(gòu)和血紅素（一種球蛋白和亞鐵血紅素組成的血紅素蛋白，主要功能是從肺部把氧氣傳輸?shù)缴眢w各個(gè)組織）是相似的。
它們之間的區(qū)別是中心原子。葉綠素的中心原子是鎂，而血紅素是鐵。
血紅素
血紅素也稱(chēng)（血紅蛋白） 是高等生物體內(nèi)負(fù)責(zé)運(yùn)載氧的一種蛋白質(zhì)。人體內(nèi)的血紅素由四個(gè)亞基構(gòu)成，分別為兩個(gè)α亞基和兩個(gè)β亞基，在與人體環(huán)境相似的電解質(zhì)溶液中血紅素的四個(gè)亞基可以自動(dòng)組裝成α2β2的形態(tài)。
血紅素與氧結(jié)合的過(guò)程是一個(gè)非常神奇的過(guò)程。首先一個(gè)氧分子與血紅素四個(gè)亞基中的一個(gè)結(jié)合，與氧結(jié)合之后的珠蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，造成整個(gè)血紅素結(jié)構(gòu)的變化，這種變化使得第二個(gè)氧分子相比于第一個(gè)氧分子更容易尋找血紅素的另一個(gè)亞基結(jié)合，而它的結(jié)合會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)第三個(gè)氧分子的結(jié)合，以此類(lèi)推直到構(gòu)成血紅素的四個(gè)亞基分別與四個(gè)氧分子結(jié)合。
而在組織內(nèi)釋放氧的過(guò)程也是這樣，一個(gè)氧分子的離去會(huì)刺激另一個(gè)的離去，直到完全釋放所有的氧分子，這種有趣的現(xiàn)象稱(chēng)為協(xié)同效應(yīng)。
血紅素分子結(jié)構(gòu)由于協(xié)同效應(yīng)，血紅素與氧氣的結(jié)合曲線(xiàn)呈S形，在特定范圍內(nèi)隨著環(huán)境中氧含量的變化，血紅素與氧分子的結(jié)合率有一個(gè)劇烈變化的過(guò)程，生物體內(nèi)組織中的氧濃度和肺組織中的氧濃度恰好位于這一突變的兩側(cè)，因而在肺組織，血紅素可以充分地與氧結(jié)合，在體內(nèi)其他部分則可以充分地釋放所攜帶的氧分子。
可是當(dāng)環(huán)境中的氧氣含量很高或者很低的時(shí)候，血紅素的氧結(jié)合曲線(xiàn)非常平緩，氧氣濃度巨大的波動(dòng)也很難使血紅素與氧氣的結(jié)合率發(fā)生顯著變化，因此健康人即使呼吸純氧，血液運(yùn)載氧的能力也不會(huì)有顯著的提高，從這個(gè)角度講，對(duì)健康人而言吸氧的所產(chǎn)生心理暗示要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其生理作用。
從1921年到1928年，來(lái)自德國(guó)的生物化學(xué)家漢斯·費(fèi)歇爾花了8年多的時(shí)間在色素方面進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：血紅素是一種含鐵的卟啉化合物。費(fèi)歇爾在實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把膽汁中的膽紅素分子碎裂一半時(shí)，在膽汁色素里就有血紅素的成分存在。
同時(shí)，他又發(fā)現(xiàn)血紅素的結(jié)構(gòu)同吡咯有著實(shí)質(zhì)性的類(lèi)似，這就證明了一切結(jié)構(gòu)與吡咯類(lèi)似的有機(jī)物質(zhì)都可能用來(lái)制造提取 血紅素晶 ，當(dāng)把鐵加入一種合成的名為原卟啉的卟啉分子中時(shí)，就制得了 人造血紅素 ，并證明這種化合物的性質(zhì)同從血紅蛋白得到的分解物完全一樣。由于這一突出貢獻(xiàn)，費(fèi)歇爾于1930年榮獲 諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) 。
