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粘着铁原子。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a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，一个氧分子会粘着血红蛋白

当第一个氧分子粘住血红蛋白后，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粘住了血红蛋白

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