设计奇妙的血红蛋白

“呼吸对人来说，是再简单不过的动作，也是最明显的生命迹象。人之所以可以透过呼吸来维持生命，是因为在一个非常复杂的巨分子中，有很多不同的原子相互作用所产生的结果。”——马克斯·佩鲁茨，1962年诺贝尔奖得主，专门研究血红蛋白分子

对人来说没有什么比呼吸更简单的了，而且我们大多感觉不到自己正在呼吸。不过，要是创造主没有创造血红蛋白（血红素），那么即使我们可以呼吸也无法生存。血红蛋白真的是很复杂的分子，也是创造主精心设计的杰作之一。血红蛋白是在人体的红血球里，每个人都有大约30兆个红血球。如果人少了血红蛋白就会立刻死亡，因为血红蛋白会将肺部的氧气带到全身的组织里。

 现在的问题是，血红蛋白怎么知道什么时候要到肺里带走微小的氧分子？然后又保护着它们，到了一定的时间再放开氧分子呢？这牵涉到分子工程学的几个奇妙的作用。现在让我们来看看。

小分子“计程车”

你可以将在红血球里的每一个血红蛋白分子当作一个微小的“四门计程车”，这个计程车只能容纳四名“乘客”。特别的是，这个小分子计程车并不需要司机。既然血红蛋白计程车是在红血球里面，那么红血球就会带着它走遍全身，所以红血球就好像一辆正在行进间的大货柜车，里面装满了血红蛋白分子。

血红蛋白分子计程车的旅程是从哪里开始的呢？就是当红血球货柜车来到机场时开始的，而这个机场就是肺部里的肺泡。我们吸入空气时会吸入很多很多微小的氧分子，氧分子会先到达肺泡，而这些氧分子就是乘客了，他们都想要搭计程车，于是很快地就把整个红血球货柜车都挤满了。每个红血球货柜车都有很多血红蛋白分子计程车，而这时计程车的门都是关着的。可是，在这么多乘客中有一个氧分子很快地排除万难挤进计程车里，选了一个位子开心地坐下来。

现在，有一件有趣的事发生了。红血球里的血红蛋白计程车开始改变形状，当第一个乘客挤进计程车之后，计程车的四个车门居然都自动地打开了，于是另外三个乘客就很轻松地坐进来了，这个过程就叫做合作现象，这是很有效率的交互作用，因为我们吸入一口气的时间，每个红血球里百分之95的计程车都载满旅客了。一个红血球内有2.5亿个血红蛋白分子，所以红血球里总共有10亿个氧分子！红血球里的计程车载满旅客后就出发了，将宝贵的氧分子送到身体需要氧气的组织里。现在你可能很好奇，“什么使氧分子留在车上，到了目的地再让他们下车呢？”

其实，每个血红蛋白分子里都有铁原子在等着这些氧分子，只要氧分子一上车就会黏着铁原子。一般来说，当氧和铁在有水的情况下结合，会有什么变化呢？就会变成氧化铁，也就是生锈了。铁生锈的话，就会形成结晶体将氧分子永远锁住，氧分子就不能发挥作用。既然红细胞里充满了水，血红蛋白要怎样将氧分子和铁结合或分离，而不会受到水的影响而生锈呢？

进一步了解

为了解答这个问题，我们先仔细地来看看血红蛋白分子的结构。在每个血红蛋白分子里，有大约1万个原子，包括氢原子、碳原子、氮原子、硫原子、氧原子，这些原子都在适当的位置，围绕着4个铁原子。为什么4个铁原子需要那么多的原子来保护它们呢？

因为这4个铁原子是带电原子，所以一定要很小心地保护它们。带电原子又称为离子，如果带电原子离开了自己原来位置，就会对细胞造成很大的破坏。所以，每个铁原子都固定在一个有保护作用的一块板子 *中间。而这四块板子就会很小心地放在血红蛋白分子里，结果只有氧分子可以接触到铁原子，由于水分子无法接触到铁原子，铁原子就不会生锈，这样氧分子就不会被锁住。

血红蛋白中的铁原子是无法独自跟氧分子结合或分离的。但是，要是没有这四个带电的铁原子，血红蛋白也不能发挥任何作用。这些铁离子一定要分毫不差地安放在指定的位置，这样血红蛋白分子才可以在血液中输送氧气。

 “氧分子”请下车啦！

红血球离开动脉后就会慢慢流进身体组织里的微血管，红血球周围的环境就开始改变了，这里的温度比肺部还高，氧气较少，而且红血球受到二氧化碳包围，所以酸性也较高。这些改变的信号就是让红血球里的血红蛋白分子计程车知道，该让这些尊贵的氧分子乘客下车了。

氧分子一下车后，血红蛋白分子的形状又改变了，这个改变并不大，只是要关门而已，并让氧分子留在车外，也就是身体很需要氧气的地方。把车门关好是有一个作用的，就是血红蛋白返回肺部时，即使碰到迷路的氧分子，这些氧分子也无法跳上车回到肺部，这个计程车回程时只接载二氧化碳。

这些缺氧的红血球很快就回到肺部，到了肺部，血红蛋白就会让二氧化碳下车，然后再次接载可以维持生命的氧气上车。一个红血球可以生存大约120天，而以上的接载过程则会重复很多很多次。

由此可见，血红蛋白是个很特别的分子。正如文章开头指出，血红蛋白是“很复杂的巨分子”。的确，我们的创造主创造了微观工程学上一个既精细又精彩的杰作，使生命可以延续下去，我们除了感谢之外，也惊叹不已！

［脚注］

［第28页的附栏］

好好保养血红蛋白！

贫血是指血液中缺少血红蛋白。血红蛋白分子要是缺少了四个重要的铁原子，那么血红蛋白分子里的一万个原子就不能发挥作用。所以，我们须要吃营养的食物，吸收足够的铁质。右边列出的食物都含有丰富的铁质。

除了吃含有丰富铁质的食物之外，还要留意以下建议：1．经常做适量的运动；2．不要吸烟；3．避免吸二手烟。为什么吸烟和吸食烟草产品很危险呢？

因为烟草产生的烟含有大量一氧化碳，一氧化碳就是汽车排出的废气里所含的毒素。有些人因一氧化碳中毒而意外死亡，有些人则故意吸入一氧化碳来自杀。一氧化碳很容易黏着血红蛋白中的铁原子，比氧气分子更快200多倍。因此，烟草产生的烟会妨碍人吸入氧气，对人有害。

［附栏］

食物 分量 铁质（毫克）

紫菜 100克 90.4

黑木耳（已煮熟） 100克 46.0

黑芝麻 100克 24.5

猪肝（已煮熟） 100克 17.0

黑豆（已煮熟） 100克 7.2

葡萄干（已煮熟） 100克 3.8

快熟麦片（已煮熟） 100克 3.8

豆腐 100克 3.5

牛肉（已煮熟） 100克 2.8

花生（已煮熟） 100克 2.5

菠菜（已煮熟） 100克 1.6

［第26页的图解或图片］

（排版后的式样，见出版物）

蛋白结构

氧分子

铁原子

血基质

在充满氧气的肺部里，一个氧分子会黏着血红蛋白

当第一个氧分子黏住血红蛋白后，血红蛋白的形状就会稍微改变，于是另外三个氧分子很快地也黏住了血红蛋白

血红蛋白会离开肺部，将氧分子送到身体需要氧气的地方，然后放下氧分子