发布时间：2018年11月12日 来源：中国化学会
说起叶绿素和血红素，很多人以为它俩毫无关系—— 一个服务于植物的光合作用，一个致力于动物的有氧呼吸。其实，从分子化学的角度上讲，它们俩还真属“一脉相承”，只是在动植物身上表现出了不同的功用。
今天就让我们一起跟着《化学总动员—叶绿素和血红素》去一探究竟吧！
△ 《叶绿素和血红素》
叶绿素
叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，它从光中吸收能量，然后能量被用来将二氧化碳转变为碳水化合物。是一类含脂的色素家族，位于类囊体膜。叶绿素吸收大部分的红光和紫光但反射绿光，所以叶绿素呈现绿色，它在光合作用的光吸收中起核心作用。
叶绿素为镁卟啉化合物，包括叶绿素a、b、c、d、f以及原叶绿素和细菌叶绿素等。叶绿素不很稳定，光、酸、碱、氧、氧化剂等都会使其分解。酸性条件下，叶绿素分子很容易失去卟啉环中的镁成为去镁叶绿素。
“来自植物的生命力和能量。”叶绿素是植物化学物质，使植物呈现绿色，并帮助他们将太阳光转化为能量。植物中叶绿素的作用好比是人体中的血液功能，可能大多数人没有意识到这一事实。
叶绿素的分子结构和血红素（一种球蛋白和亚铁血红素组成的血红素蛋白，主要功能是从肺部把氧气传输到身体各个组织）是相似的。
它们之间的区别是中心原子。叶绿素的中心原子是镁，而血红素是铁。
血红素
血红素也称（血红蛋白） 是高等生物体内负责运载氧的一种蛋白质。人体内的血红素由四个亚基构成，分别为两个α亚基和两个β亚基，在与人体环境相似的电解质溶液中血红素的四个亚基可以自动组装成α2β2的形态。
血红素与氧结合的过程是一个非常神奇的过程。首先一个氧分子与血红素四个亚基中的一个结合，与氧结合之后的珠蛋白结构发生变化，造成整个血红素结构的变化，这种变化使得第二个氧分子相比于第一个氧分子更容易寻找血红素的另一个亚基结合，而它的结合会进一步促进第三个氧分子的结合，以此类推直到构成血红素的四个亚基分别与四个氧分子结合。
而在组织内释放氧的过程也是这样，一个氧分子的离去会刺激另一个的离去，直到完全释放所有的氧分子，这种有趣的现象称为协同效应。
血红素分子结构由于协同效应，血红素与氧气的结合曲线呈S形，在特定范围内随着环境中氧含量的变化，血红素与氧分子的结合率有一个剧烈变化的过程，生物体内组织中的氧浓度和肺组织中的氧浓度恰好位于这一突变的两侧，因而在肺组织，血红素可以充分地与氧结合，在体内其他部分则可以充分地释放所携带的氧分子。
可是当环境中的氧气含量很高或者很低的时候，血红素的氧结合曲线非常平缓，氧气浓度巨大的波动也很难使血红素与氧气的结合率发生显著变化，因此健康人即使呼吸纯氧，血液运载氧的能力也不会有显著的提高，从这个角度讲，对健康人而言吸氧的所产生心理暗示要远远大于其生理作用。
从1921年到1928年，来自德国的生物化学家汉斯·费歇尔花了8年多的时间在色素方面进行研究，结果发现：血红素是一种含铁的卟啉化合物。费歇尔在实验中还发现，当把胆汁中的胆红素分子碎裂一半时，在胆汁色素里就有血红素的成分存在。
同时，他又发现血红素的结构同吡咯有着实质性的类似，这就证明了一切结构与吡咯类似的有机物质都可能用来制造提取 血红素晶 ，当把铁加入一种合成的名为原卟啉的卟啉分子中时，就制得了 人造血红素 ，并证明这种化合物的性质同从血红蛋白得到的分解物完全一样。由于这一突出贡献，费歇尔于1930年荣获 诺贝尔化学奖 。
（选自《化学总动员》之叶绿素和血红素）
《化学总动员》系列科普视频由中国科学院上海有机化学研究所和麦田联合制作
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