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文｜骆昌芹
在春意盎然的日子里,大自然被装点得五彩缤纷,鲜艳夺目.那么,那些姹紫嫣红的颜色究竟从何而来？
“绿杨烟外晓寒轻,红杏枝头春意闹.”在春意盎然的日子里,大自然被装饰得五彩缤纷,鲜艳夺目.
从生物学角度来看,这类色泽当然都有它存在的价值.例如,妖娆迷人的花朵,常常招引大批蜜蜂之类昆虫的光顾,于是就可能更好地得到受精机会；鸟类华丽的毛羽,是引诱异性的重要手段.但是,自然界里最重要的有色物质,却并非仅仅是起装饰作用的花色、羽色,而是一类被称作为“卟啉”的色素.因为它和所有机体的生长、繁衍、合成、分解有着密切关系,任何别的物质都无法替代得了,所以称得上是生命世界的关键性分子.
卟啉是什么？
卟啉是一种含氮的色素,它在自由状态时,平平庸庸,看不出有什么生物学功能.但当它一旦和金属搭上关系,组成金属络合物的时候,就显得非同凡响了.
它和镁的络合物,就是大名鼎鼎的叶绿素,我们地球上所有生命的食物来源,都仰赖于它那神话般的催化活力.
它和铁的络合物,可组成血红素.还有一种铁卟啉络合物,称作细胞色素,则存在于一切需氧机体的细胞中,是动植物及细菌细胞氧化有机分子过程最重要的基本元素.
除此之外,还有一些略为次要的卟啉物质,像维生素B12（抗恶性贫血因素）,就是一种结构上和卟啉有关的红色钴络合物；非洲大杜鹃羽毛中的鲜红色物质,则是卟啉的铜络合物……所以说,从动物到植物,从细菌到人类,没有任何生命离得开卟啉分子.
叶绿素和它的功能
当然,自然界中,卟啉的最大作用还在于利用太阳能,这是卟啉镁络合物——叶绿素的基本职能.
光合作用中,绿色植物借助日光能,将二氧化碳和水转变成为葡萄糖,接着进一步形成别的更加复杂的分子,这些分子以后作为异养生物的食料被广泛利用.
现在已经查明,高等植物的叶绿素含有a和b两种形式,两者的区别仅仅在于,叶绿素a结合着一个,而叶绿素b则是个醛基而已.
在绿色叶片中,此外还有类胡萝卜素之类的物质,通常叶绿素吸收红橙光及蓝紫光,类胡萝卜素则主要吸收蓝光,它们吸得的光量子,最后必须传递给叶绿素a,而绝不可能“各自为政,自搞一套”.
进一步的研究还表明,不但其他色素吸收的光能要传给叶绿素a,就是在叶绿素a之间,也会进行能量传递.这样传来传去,最后都汇集到所谓“作用中心”上来,由它加以利用.据估计,平均每三百个叶绿素分子,才有一个作用中心.这作用中心究竟是什么东西呢？很可能仍然是叶绿素a,不过它的存在状态有些不同,与有关酶联系得很紧密,所以光能传到这儿,会引起一连串的化学反应,有机合成才得以进行.
独特的结构
从演化的里程来看,血红素的产生远要迟得多,是在地球上充满氧气,动物发展到相当水平之后的事.可是对于哺乳动物来说,它的重要性却如同叶绿素对于植物那样,也是必不可缺的.它一方面由肺脏把氧气运输到机体的各个细胞中去,另一方面通过同样的线路,把细胞中排弃了的二氧化碳运往肺脏输出体外.在这一过程中,卟啉中心的两价铁离子,可以和氧形成一种不稳定的络合物,随着环境中氧分压的升高或降低,两者之间,一会儿络合,一会儿脱离开来,所以作为运输气体的工具,实在最理想不过了.
至于另一种卟啉铁络合物——细胞色素,则起了电子传递体的作用,是氧化还原过程中不可缺少的元件.
那么,为什么卟啉分子会如此多才多艺,其中究竟有什么奥秘？
这和它结构上的一系列特点分不开.卟啉的分子骨架是一副由单双键交替组成的环状系统,这正是芳香族分子的基本特色,此外它和金属络合后,也带来了许多独特的性质.
源远流长
从外形来看,动物和植物是两类迥然有异的生命,可它们却用着同一种分子作为生化工具,这种分子对于两者都具有鲜艳的色彩,都能传递电子,虽然在结构上有着不少区别,但是合成过程的开始步骤都一律相同,只是形成原卟啉后才歧异开来.动物细胞引入铁原子后,就成了血红素；而植物细胞则还需将侧链作进一步的改造,最终形成叶绿素.
至于卟啉的另一种铁络合物——细胞色素,不但存在于一切需氧的动植物细胞之中,而且也存在于细菌之中,以不同的变态行使同样的生化职能.这一系列特点,除了使我们联想起生命起源同一性的深刻含义外,还可能有什么别的解释吗？
可以设想,在那古老的岁月里,生命还处于襁褓之中,动植物还没有开始分化,就出现了一种类似卟啉的生化物质,由于它结构上的奇妙特点,在传递电子中颇有用处,所以得到自然设计师的青睐,经历各种方式的歧化和适应后,终于成了动物、植物、细菌中普遍存在的基本组件之一,流传下来.于是今天我们在整个生命世界,到处都遇到这种重要而显眼的色素分子.（编辑/墓乔）
作者单位：江苏省张家港市大新镇新风学院
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