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為何血液是紅色而非藍色?跟宇宙含量最多的金屬有關

2020-08-05 10:18木馬文化 文/摘自《看懂元素週期表,掌握生命奧祕》

【文、圖/摘自木馬文化《看懂元素週期表,掌握生命奧祕》,作者吉田隆嘉】

人體是透過鐵來運送氧氣,人體的六十兆個細胞全要靠氧氣而生,鐵對人類而言,可以說是...
人體是透過鐵來運送氧氣,人體的六十兆個細胞全要靠氧氣而生,鐵對人類而言,可以說是生命所繫之元素。 圖/ingimage

負責運送氧氣的重要金屬

生命體熟練地運用著周遭的各種金屬,這些金屬當中最重要的是鐵。畢竟人體是透過鐵來運送氧氣,人體的六十兆個細胞全要靠氧氣而生,鐵對人類而言,可以說是生命所繫之元素。

血液負責從肺部將氧氣運送至全身,再將代謝產生的二氧化碳,從全身送往肺部丟棄。可是,氧氣與二氧化碳的運送方式截然不同。

血液運送二氧化碳的方式其實很簡單。因為二氧化碳溶於水,會變成碳酸,所以只需溶解於血液的水分裡,予以運送即可。換言之,二氧化碳很容易就會變成碳酸水,血液不需要特別做任何事,只要讓水分循環全身,就能運送二氧化碳。

相較之下,血液運送氧是一件辛苦的工作。氧溶於水的份量只有一點點,跟二氧化碳相比,真的極少。如果是冷水,氧氣還算能夠溶解,可是當體內溫度上升至三十七度,溶解量就會大幅降低。

這個原理也就是南國海水呈現透明狀的原因。熱帶地區的海水水溫高,含氧量少,因此大多的浮游生物無法生存。所以,海水才會看起來澄澈。另一方面,北國海水的水溫低,就有較多的氧溶解。於是,浮游生物繁殖,海水看起來灰濁。結果,當水溫越低,會吃浮游生物的魚種會更豐富。這也是巨大鯨魚棲息於北極海域或南極海域的原因。

話說回來,由於人體內血液溫度比熱帶地區海水的水溫高,光是使氧溶於水,人體並無法運送氧。這時候就需要紅血球的血紅蛋白幫忙。血紅蛋白中有個名為「血基質」的紅色色素,心臟部位有鐵附著的就是血紅蛋白。

因為血紅蛋白有鐵,所以才能有效率地運送氧。

其實,利用化合物運載氧並非易事。因為光是能與氧結合的物質便非常多。氧化的物質全部都與氧結合。但問題是,必須將結合的氧交給細胞。如果只是一直保持與氧結合的狀態,那麼對人體細胞而言,一點用處也沒有。

在肺中與氧結合粘附,再將氧轉送到全身細胞。為了啟動這個作用,非得需要一定大小的金屬才行。碳、氫、氧、氮等一般有機化合物,由於它的們原子太小,根本不能與氧結合粘附,不然就是會完全與氧結合鍵結而無法轉送。

但是,生命體透過充分利用比這些元素的原子還大得多的鐵原子的外層電子軌域,設計出一種絕妙的特性,使鐵在溫度低的肺部會與氧結合粘附,並在溫度高的全身釋放出氧。而能做到這一點的,就是血紅蛋白。

.書名:看懂元素週期表,掌握生命奧祕:醫學博士帶你輕鬆了解從宇宙到人體的運作原理...
.書名:看懂元素週期表,掌握生命奧祕:醫學博士帶你輕鬆了解從宇宙到人體的運作原理
.作者:吉田隆嘉
.譯者:黃瓊仙, 張秀慧
.出版社:木馬文化
.出版日期:2020/07/15
因此,當體內鐵元素不足,氧氣無法充分運載,就會引起貧血。尤其是女性,每個月因月經排血,很容易缺鐵,許多女性為貧血所苦。

事實上,從化學的觀點來看,負責運載氧的重要金屬未必非鐵不可。外層電子軌域與鐵相似的金屬,譬如鉻(Cr)、錳(Mn)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)等等,只要也在它們的蛋白質結構下功夫修飾,就能製造出功能跟血紅蛋白一樣的物質。這件事在理論上是可行的。

可是,在眾多的候選金屬中,人類會將生命委託給鐵,就是因為鐵在宇宙中的存在量最多。如果宇宙中全是鈷的話,那麼人體利用鈷運送氧的可能性便很高。如此一來,或許我們的血液會是鈷藍色。

貧血
月經
缺鐵
二氧化碳

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