駱昌芹

“綠楊煙外曉寒輕，紅杏枝頭春意鬧。”在春意盎然的日子里，大自然被裝飾得五彩繽紛，鮮艷奪目。

從生物學(xué)角度來看，這類色澤當(dāng)然都有它存在的價(jià)值。例如，妖嬈迷人的花朵，常常招引大批蜜蜂之類昆蟲的光顧，于是就可能更好地得到受精機(jī)會；鳥類華麗的毛羽，是引誘異性的重要手段。但是，自然界里最重要的有色物質(zhì)，卻并非僅僅是起裝飾作用的花色、羽色，而是一類被稱作為“卟啉”的色素。因?yàn)樗退袡C(jī)體的生長、繁衍、合成、分解有著密切關(guān)系，任何別的物質(zhì)都無法替代得了，所以稱得上是生命世界的關(guān)鍵性分子。

卟啉是什么？

卟啉是一種含氮的色素，它在自由狀態(tài)時(shí)，平平庸庸，看不出有什么生物學(xué)功能。但當(dāng)它一旦和金屬搭上關(guān)系，組成金屬絡(luò)合物的時(shí)候，就顯得非同凡響了。

它和鎂的絡(luò)合物，就是大名鼎鼎的葉綠素，我們地球上所有生命的食物來源，都仰賴于它那神話般的催化活力。

它和鐵的絡(luò)合物，可組成血紅素。還有一種鐵卟啉絡(luò)合物，稱作細(xì)胞色素，則存在于一切需氧機(jī)體的細(xì)胞中，是動植物及細(xì)菌細(xì)胞氧化有機(jī)分子過程最重要的基本元素。

除此之外，還有一些略為次要的卟啉物質(zhì)，像維生素B12（抗惡性貧血因素），就是一種結(jié)構(gòu)上和卟啉有關(guān)的紅色鈷絡(luò)合物；非洲大杜鵑羽毛中的鮮紅色物質(zhì)，則是卟啉的銅絡(luò)合物……所以說，從動物到植物，從細(xì)菌到人類，沒有任何生命離得開卟啉分子。

葉綠素和它的功能

當(dāng)然，自然界中，卟啉的最大作用還在于利用太陽能，這是卟啉鎂絡(luò)合物——葉綠素的基本職能。

光合作用中，綠色植物借助日光能，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)變成為葡萄糖，接著進(jìn)一步形成別的更加復(fù)雜的分子，這些分子以后作為異養(yǎng)生物的食料被廣泛利用。

現(xiàn)在已經(jīng)查明，高等植物的葉綠素含有a和b兩種形式，兩者的區(qū)別僅僅在于，葉綠素a結(jié)合著一個(gè)甲基，而葉綠素b則是個(gè)醛基而已。在綠色葉片中，此外還有類胡蘿卜素之類的物質(zhì)，通常葉綠素吸收紅橙光及藍(lán)紫光，類胡蘿卜素則主要吸收藍(lán)光，它們吸得的光量子，最后必須傳遞給葉綠素a，而絕不可能“各自為政，自搞一套”。

進(jìn)一步的研究還表明，不但其他色素吸收的光能要傳給葉綠素a，就是在葉綠素a之間，也會進(jìn)行能量傳遞。這樣傳來傳去，最后都匯集到所謂“作用中心”上來，由它加以利用。據(jù)估計(jì)，平均每三百個(gè)葉綠素分子，才有一個(gè)作用中心。這作用中心究竟是什么東西呢？很可能仍然是葉綠素a，不過它的存在狀態(tài)有些不同，與有關(guān)酶聯(lián)系得很緊密，所以光能傳到這兒，會引起一連串的化學(xué)反應(yīng)，有機(jī)合成才得以進(jìn)行。

獨(dú)特的結(jié)構(gòu)

從演化的里程來看，血紅素的產(chǎn)生遠(yuǎn)要遲得多，是在地球上充滿氧氣，動物發(fā)展到相當(dāng)水平之后的事?？墒菍τ诓溉閯游飦碚f，它的重要性卻如同葉綠素對于植物那樣，也是必不可缺的。它一方面由肺臟把氧氣運(yùn)輸?shù)綑C(jī)體的各個(gè)細(xì)胞中去，另一方面通過同樣的線路，把細(xì)胞中排棄了的二氧化碳運(yùn)往肺臟輸出體外。在這一過程中，卟啉中心的兩價(jià)鐵離子，可以和氧形成一種不穩(wěn)定的絡(luò)合物，隨著環(huán)境中氧分壓的升高或降低，兩者之間，一會兒絡(luò)合，一會兒脫離開來，所以作為運(yùn)輸氣體的工具，實(shí)在最理想不過了。

至于另一種卟啉鐵絡(luò)合物——細(xì)胞色素，則起了電子傳遞體的作用，是氧化還原過程中不可缺少的元件。

那么，為什么卟啉分子會如此多才多藝，其中究竟有什么奧秘？

這和它結(jié)構(gòu)上的一系列特點(diǎn)分不開。卟啉的分子骨架是一副由單雙鍵交替組成的環(huán)狀系統(tǒng)，這正是芳香族分子的基本特色，此外它和金屬絡(luò)合后，也帶來了許多獨(dú)特的性質(zhì)。

源遠(yuǎn)流長

從外形來看，動物和植物是兩類迥然有異的生命，可它們卻用著同一種分子作為生化工具，這種分子對于兩者都具有鮮艷的色彩，都能傳遞電子，雖然在結(jié)構(gòu)上有著不少區(qū)別，但是合成過程的開始步驟都一律相同，只是形成原卟啉后才歧異開來。動物細(xì)胞引入鐵原子后，就成了血紅素；而植物細(xì)胞則還需將側(cè)鏈作進(jìn)一步的改造，最終形成葉綠素。

至于卟啉的另一種鐵絡(luò)合物——細(xì)胞色素，不但存在于一切需氧的動植物細(xì)胞之中，而且也存在于細(xì)菌之中，以不同的變態(tài)行使同樣的生化職能。這一系列特點(diǎn)，除了使我們聯(lián)想起生命起源同一性的深刻含義外，還可能有什么別的解釋嗎？

可以設(shè)想，在那古老的歲月里，生命還處于襁褓之中，動植物還沒有開始分化，就出現(xiàn)了一種類似卟啉的生化物質(zhì)，由于它結(jié)構(gòu)上的奇妙特點(diǎn)，在傳遞電子中頗有用處，所以得到自然設(shè)計(jì)師的青睞，經(jīng)歷各種方式的歧化和適應(yīng)后，終于成了動物、植物、細(xì)菌中普遍存在的基本組件之一，流傳下來。于是今天我們在整個(gè)生命世界，到處都遇到這種重要而顯眼的色素分子。（編輯/墓喬）