設計奇妙的血紅蛋白

「呼吸對人來說，是再簡單不過的動作，也是最明顯的生命跡象。人之所以可以透過呼吸來維持生命，是因為在一個非常複雜的巨分子中，有很多不同的原子相互作用所產生的結果。」——馬克斯·佩魯茨，1962年諾貝爾獎得主，專門研究血紅蛋白分子

對人來說沒有什麼比呼吸更簡單的了，而且我們大多感覺不到自己正在呼吸。不過，要是創造主沒有創造血紅蛋白（血紅素），那麼即使我們可以呼吸也無法生存。血紅蛋白真的是很複雜的分子，也是創造主精心設計的傑作之一。血紅蛋白是在人體的紅血球裡，每個人都有大約30兆個紅血球。如果人少了血紅蛋白就會立刻死亡，因為血紅蛋白會將肺部的氧氣帶到全身的組織裡。

 現在的問題是，血紅蛋白怎麼知道什麼時候要到肺裡帶走微小的氧分子？然後又保護著它們，到了一定的時間再放開氧分子呢？這牽涉到分子工程學的幾個奇妙的作用。現在讓我們來看看。

小分子「計程車」

你可以將在紅血球裡的每一個血紅蛋白分子當作一個微小的「四門計程車」，這個計程車只能容納四名「乘客」。特別的是，這個小分子計程車並不需要司機。既然血紅蛋白計程車是在紅血球裡面，那麼紅血球就會帶著它走遍全身，所以紅血球就好像一輛正在行進間的大貨櫃車，裡面裝滿了血紅蛋白分子。

血紅蛋白分子計程車的旅程是從哪裡開始的呢？就是當紅血球貨櫃車來到機場時開始的，而這個機場就是肺部裡的肺泡。我們吸入空氣時會吸入很多很多微小的氧分子，氧分子會先到達肺泡，而這些氧分子就是乘客了，他們都想要搭計程車，於是很快地就把整個紅血球貨櫃車都擠滿了。每個紅血球貨櫃車都有很多血紅蛋白分子計程車，而這時計程車的門都是關著的。可是，在這麼多乘客中有一個氧分子很快地排除萬難擠進計程車裡，選了一個位子開心地坐下來。

現在，有一件有趣的事發生了。紅血球裡的血紅蛋白計程車開始改變形狀，當第一個乘客擠進計程車之後，計程車的四個車門居然都自動地打開了，於是另外三個乘客就很輕鬆地坐進來了，這個過程就叫做合作現象，這是很有效率的交互作用，因為我們吸入一口氣的時間，每個紅血球裡百分之95的計程車都載滿旅客了。一個紅血球內有2.5億個血紅蛋白分子，所以紅血球裡總共有10億個氧分子！紅血球裡的計程車載滿旅客後就出發了，將寶貴的氧分子送到身體需要氧氣的組織裡。現在你可能很好奇，「什麼使氧分子留在車上，到了目的地再讓他們下車呢？」

其實，每個血紅蛋白分子裡都有鐵原子在等著這些氧分子，只要氧分子一上車就會黏著鐵原子。一般來說，當氧和鐵在有水的情況下結合，會有什麼變化呢？就會變成氧化鐵，也就是生鏽了。鐵生鏽的話，就會形成結晶體將氧分子永遠鎖住，氧分子就不能發揮作用。既然紅細胞裡充滿了水，血紅蛋白要怎樣將氧分子和鐵結合或分離，而不會受到水的影響而生鏽呢？

進一步了解

為了解答這個問題，我們先仔細地來看看血紅蛋白分子的結構。在每個血紅蛋白分子裡，有大約1萬個原子，包括氫原子、碳原子、氮原子、硫原子、氧原子，這些原子都在適當的位置，圍繞著4個鐵原子。為什麼4個鐵原子需要那麼多的原子來保護它們呢？

因為這4個鐵原子是帶電原子，所以一定要很小心地保護它們。帶電原子又稱為離子，如果帶電原子離開了自己原來位置，就會對細胞造成很大的破壞。所以，每個鐵原子都固定在一個有保護作用的一塊板子 *中間。而這四塊板子就會很小心地放在血紅蛋白分子裡，結果只有氧分子可以接觸到鐵原子，由於水分子無法接觸到鐵原子，鐵原子就不會生鏽，這樣氧分子就不會被鎖住。

血紅蛋白中的鐵原子是無法獨自跟氧分子結合或分離的。但是，要是沒有這四個帶電的鐵原子，血紅蛋白也不能發揮任何作用。這些鐵離子一定要分毫不差地安放在指定的位置，這樣血紅蛋白分子才可以在血液中輸送氧氣。

 「氧分子」請下車啦！

紅血球離開動脈後就會慢慢流進身體組織裡的微血管，紅血球周圍的環境就開始改變了，這裡的溫度比肺部還高，氧氣較少，而且紅血球受到二氧化碳包圍，所以酸性也較高。這些改變的信號就是讓紅血球裡的血紅蛋白分子計程車知道，該讓這些尊貴的氧分子乘客下車了。

氧分子一下車後，血紅蛋白分子的形狀又改變了，這個改變並不大，只是要關門而已，並讓氧分子留在車外，也就是身體很需要氧氣的地方。把車門關好是有一個作用的，就是血紅蛋白返回肺部時，即使碰到迷路的氧分子，這些氧分子也無法跳上車回到肺部，這個計程車回程時只接載二氧化碳。

這些缺氧的紅血球很快就回到肺部，到了肺部，血紅蛋白就會讓二氧化碳下車，然後再次接載可以維持生命的氧氣上車。一個紅血球可以生存大約120天，而以上的接載過程則會重複很多很多次。

由此可見，血紅蛋白是個很特別的分子。正如文章開頭指出，血紅蛋白是「很複雜的巨分子」。的確，我們的創造主創造了微觀工程學上一個既精細又精彩的傑作，使生命可以延續下去，我們除了感謝之外，也驚嘆不已！

［腳注］

［第28頁的附欄］

好好保養血紅蛋白！

貧血是指血液中缺少血紅蛋白。血紅蛋白分子要是缺少了四個重要的鐵原子，那麼血紅蛋白分子裡的一萬個原子就不能發揮作用。所以，我們須要吃營養的食物，吸收足夠的鐵質。右邊列出的食物都含有豐富的鐵質。

除了吃含有豐富鐵質的食物之外，還要留意以下建議：1．經常做適量的運動；2．不要吸煙；3．避免吸二手煙。為什麼吸煙和吸食煙草產品很危險呢？

因為煙草產生的煙含有大量一氧化碳，一氧化碳就是汽車排出的廢氣裡所含的毒素。有些人因一氧化碳中毒而意外死亡，有些人則故意吸入一氧化碳來自殺。一氧化碳很容易黏著血紅蛋白中的鐵原子，比氧氣分子更快200多倍。因此，煙草產生的煙會妨礙人吸入氧氣，對人有害。

［附欄］

食物 分量 鐵質（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

豬肝（已煮熟） 100克 17.0

黑豆（已煮熟） 100克 7.2

葡萄乾（已煮熟） 100克 3.8

快熟麥片（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頁的圖解或圖片］

（排版後的式樣，見出版物）

蛋白結構

氧分子

鐵原子

血基質

在充滿氧氣的肺部裡，一個氧分子會黏著血紅蛋白

當第一個氧分子黏住血紅蛋白後，血紅蛋白的形狀就會稍微改變，於是另外三個氧分子很快地也黏住了血紅蛋白

血紅蛋白會離開肺部，將氧分子送到身體需要氧氣的地方，然後放下氧分子