化學原理啟迪497
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1.
鐵在所有活細胞上都扮演重要角色。哺乳動物主要的能量來源是氧化「碳水化合物、蛋白質和脂質」。雖然氧是這些反應程序的氧化劑，氧並不是直接與營養分子反應。
2.
營養分子斷裂釋出電子的反應程序，必須通過一系列的分子路徑，稱為呼吸鏈respiratory
chain，最後抵達O2分子。
3.
呼吸鏈上主要傳遞電子的分子是含鐵的分子，稱為細胞色素cytochromes。細胞色素包含二部分：鐵錯合物—原血紅素heme和蛋白質。
4.
原血紅素錯離子的結構如下：
5.
特別留意，原血紅素含有1個鐵離子（有可能是Fe2+或Fe3+），這個鐵離子與繁複的平面配位子「卟啉porphyrin」結合成錯合物。
6.
作為同一類，卟啉環構造的內圈都一樣，但是環外邊緣的取代基不同。形形色色的卟啉分子，扮演許多金屬離子的四配位子tetradentate ligands，包括鐵、鈷、鎂。
7.
事實上，光合作用的要素「葉綠素chlorophyll」是鎂－卟啉錯合物 magnesium－porphyrin
complex。
8.
鐵，除了參與將「電子」從營養物轉移給「氧」的程序外，在哺乳動物的「血液」與「組織」間運輸與儲存「氧」，鐵也扮演重要的角色。身體利用肌蛋白myoglobin分子儲存「氧」。
9.
「肌蛋白」由「原血紅素錯合物」和「蛋白質」，構成一個非常類似細胞色素的構造。在「肌蛋白」，「鐵離子Fe2+」與4個「卟啉環」的氮原子配位連結，並與1個位於蛋白質鏈上的「氮原子」連結：
10.
因為Fe2+有6個配位子的位置，扣除「卟啉環」的「氮」，與「蛋白質鏈」的「氮」，還剩下一個位置開放給O2分子連結。
11.
肌蛋白其中一個特質是，錯離子直接連接一個「氧分子O2」。如果氣體O2被吹進只有血紅素的液態溶液裡，血紅素的鐵離子Fe2+立刻氧化成Fe3+，但是肌蛋白的鐵離子Fe2+不會發生氧化反應。
12.
這一點很重要，因為Fe3+不會與O2形成配位鍵結，所以，如果肌紅蛋白/肌紅素的F2+能被氧化，肌紅蛋白/肌紅素便無法發揮功能。因為純血紅素錯合物的Fe2+能夠被氧化，因此身體需要蛋白質來避免氧化。如何做到？
13.
研究結果顯示，Fe2+氧化成Fe3+的反應程序，必須在2個鐵離子間形成氧橋接（Fe2+代表配位子）：
14.
肌蛋白的血紅素，周遭圍繞的大塊蛋白質，能避免二個肌蛋白太靠近而形成氧橋接，因此避免了Fe2+氧化。
15.
血液裡氧的運輸是由血紅素hemoglobin執行，血紅素由4個長得像肌蛋白的單體組成，因此，每個血紅素能與4個氧分子結合，產生鮮紅色的反磁性錯合物。
16.
反磁性diagmagnetism意味著，氧是Fe2+的強場配位子，Fe2+是3d6電子組態。當血紅素蛋白釋出氧，水分子會填入Fe2+周遭的6個配位的其中一個空缺，產生帶有藍紫色的順磁性錯合物（H2O對每個Fe2+來說都是弱場配位子），這使得靜脈血液帶有藍紫色。
徐弘毅註解磁性與反磁性：
17.
反磁性paramagnetic：原子在最外層價電殼層的電子是成對的，這二個成對的電子各自以相反方向自旋，抵銷了彼此磁性，因此原子呈現中性、沒有磁矩的狀態，反磁性物質的特色是電子雲密度高又十分穩定。
對反磁性物質外加磁場，會擾亂原本的平衡，使成對的電子朝「外加磁場」相反磁性的方向旋轉，對抗外加磁場，這個現象稱為冷次定律。為什麼會這樣？
因為反磁性物質原本的電子雲緊密，是非常穩定的平衡體系，當我們外加一股力量（外加磁場）要破壞這個平衡，系統會反彈產生一股抗衡的力量，以追求接近原本的平衡，就是這股抗衡的力量造成反磁性物質出現與外加磁場相反的磁性，這個現象類似化學的勒沙特列原理。逆磁性物質，例如水。
18.
順磁性diamagnetic：一個物質系統裡各分子的組成原子，它們的最外層價電殼層各軌域的電子不成對，這些電子各自朝各種不同方向旋轉，最後達到系統的整體平衡。
當順磁性物質外加一個磁場，外加磁場能夠滲入每個原子的價電軌域，控制未成對，使未成對電子都朝著與外加磁場一致的方向旋轉，造成順磁性物質產生與外加磁場一樣的磁性。順磁性物質，例如氧。
n 翻譯編寫Steven S. Zumdahl《Chemical Principles》；圖片來源∕slideplayer.us/slide、bio.miami.edu、scimedia.wordpress.com、chm.bris.ac.uk/motm、buzzle.com/articles
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