生物體內的金屬離子 和生物的配位基可形成的 配位化合物或稱錯合物 生物的配位基包括 蛋白質、肽、核酸、醣、醣蛋白 及脂蛋白等大分子 也包含一些有機、無機離子 如有機酸根、碳酸氫根、 磷酸氫根等 以及一些維生素和酵素小分子 甚至連氧分子、一氧化碳分子等 在生物體中也可以作為配位基 配位基又稱配位子 金屬離子本身沒有生物活性 只有和特定結構的生物配位基 結合形成錯合物 才表現出某種特定的 活性和生理功能 生物體中的錯合物為數眾多 如：血紅素、葉綠素、維生素B12、 肌紅蛋白、血紅蛋白、碳酸酐酶…… 等都是生物的配位化合物 在這支影片中 我們將介紹最基本生物體中的 配位化合物： 血紅素與葉綠素 以及生活中錯合物的應用 第一個要介紹的 生物體錯合物是血紅素 又稱血紅蛋白 俗稱血色素 是高等生物體內 紅色含鐵的攜氧結合蛋白 血紅素在人體肩負輸送氧氣 與二氧化碳的重任 一個血紅素中含有四個血基質 血基質之結構如圖 是一個結構巨大的配位化合物 中心金屬是亞鐵離子 其配位子為 一個大型有機雜環化合物紫質 紫質又稱卟啉 紫質中的四個氮原子固定 與中心的亞鐵離子鍵結 當血紅素攜帶氧分子時 是氧分子與血基質的亞鐵離子 利用配位共價鍵的方式結合 血基質結構為 以亞鐵離子為中心的六配位錯合物 其中四個配位是紫質的四個氮原子 第五個配位數由蛋白質所配位 最後一個位置可與氧氣進行配位 血紅素中的亞鐵離子可與氧氣結合 將氧氣由肺部運送到組織細胞 到達組織毛細管時 氧氣與血紅素分開 同時血紅素與二氧化碳結合 再攜帶運送至肺部而排出體外 由於一個血紅素中含有四個血基質 所以最多可以攜帶四個氧氣 但是 若血紅素遇到一氧化碳 則會喪失攜氧能力 因為一氧化碳與血紅素中的 亞鐵離子結合力是氧氣的200至250倍 當室內一氧化碳濃度過高時 一氧化碳會取代氧氣 搶先與血紅素結合 而形成一氧化碳血紅素 降低血紅素帶氧能力 造成體內組織細胞缺氧 而產生各種一氧化碳中毒的症狀 此時可用高壓氧治療 讓血紅素恢復攜帶氧氣 有效改善組織缺氧、 加速一氧化碳排出 避免一氧化碳在體內 造成腦神經系統與心臟的傷害 第二個要介紹的是葉綠素 葉綠素是地球上分布最廣的自然色素 是一種綠色色素 存在於藍綠菌 以及植物與藻類的葉綠體中 是主要反射綠光的光合色素的合稱 並可依照其吸收波段被分為 葉綠素a、b、c及d 在光合作用的過程 葉綠素扮演非常重要的角色 它的結構與血基質十分類似 只是中心金屬換成鎂離子 進一步來說 葉綠素便是以鎂離子為中心金屬離子 所形成的配位化合物 配位原子是由大環分子卟啉上的 四個含氮原子所鍵結 葉綠素有多個側鏈 因而形成不同種的葉綠素 葉綠素可說是維繫地球上 所有生命的最重要物質 它可以吸收太陽特定波長的光 再利用生物機轉的程序 進而將二氧化碳與水轉變成醣類和氧氣 下列有關血紅素與葉綠素性質的敘述 哪些正確？ 那有沒有錯合物的應用 是我們熟知的例子呢？ 我們曾經學過氯化亞鈷試紙 可用於檢驗水的存在 檢驗的時候不須加熱 不含水的氯化亞鈷試紙是藍色的 當其遇到水、在潮濕的情況下 就會轉成粉紅色 無水氯化亞鈷為一個四配位的錯離子 以亞鈷離子為中心金屬 氯離子為配位基 當氯化亞鈷離子遇水時 由於水分子也可以擔任配位基 而發生反應 產生了六配位的 六水合亞鈷離子 氯化亞鈷離子是淺藍色的 而六水合亞鈷離子是粉紅色的 因此可由此變化 檢驗透明的液體是否為水 另一個我們學過且熟知的例子就是： 金、鉑這類活性很小的金屬 不能溶於鹽酸、硝酸、硫酸等 但能溶於王水中 王水中的硝酸有強氧化力 氯離子是配位基 硝酸可以氧化金或鉑形成金屬離子 高濃度的氯離子 會與金屬離子形成錯離子 降低溶液中金屬離子的濃度 反應得以繼續 以金舉例來說 將金溶於王水中 硝酸先把金氧化成金離子 再與氯離子配位形成四氯金錯離子 而使黃金可以完全溶解 著名的例子是二次大戰 德國侵略丹麥期間 匈牙利化學家德海韋西 為了阻止德軍搶走 其所獲得的諾貝爾獎牌 便將金製的獎牌溶化在王水中 放在實驗室架子上 和其他數百個瓶子混在一起 而沒被德軍注意到 戰後 德海韋西將溶液回收 並析出了其中的黃金 將黃金還給諾貝爾基金會 和瑞典皇家科學院 重鑄新的獎牌之後 再頒給得獎者 讓我們來總結一下這支影片的學習內容 第一個重點是血紅素： 第一 一個血紅素含有四個血基質 最多可以攜帶四個氧氣 第二 血基質為配位化合物 以亞鐵離子為中心 其配位子為紫質 第三 亞鐵離子的配位數為6 有四個配位是接上紫質中的四個氮原子 另一個配位則接上蛋白質 最後的一個配位則接上氧氣 第二個重點是葉綠素： 第一 葉綠素也是一種配位化合物 第二 結構與血基質類似 但中心金屬是一個鎂離子 其他錯合物應用： 第一 檢驗水利用氯化亞鈷離子 第二 金、鉑這類活性很小的金屬 利用硝酸的氧化力與氯離子當配位基 而能溶於王水中 同學 這個單元你是否學會 錯合物要怎麼應用了呢？ 歡迎與我們分享 下次見！