
【醫】 respiratory pigments
atman; breath; breathe; breathing; respiration; respire; wind
【化】 respiration
【醫】 anapnea; breath; breathing; pneo-; pneuma-; pneumato-; pneumo-
pneusometer; R.; respiration; respire; spiro-
coloring matter; pigment
【化】 coloring matter; colouring matter
【醫】 coloring matter; pigment; pigmentum
呼吸色素(respiratory pigment)是生物體内負責運輸氧氣和二氧化碳的蛋白質複合體,廣泛存在于脊椎動物、無脊椎動物及部分微生物中。這類色素通過可逆性結合氣體分子實現高效的氣體交換,其功能直接關聯生物體的能量代謝效率。
從分子結構來看,呼吸色素通常由金屬離子輔基(如鐵、銅)與球蛋白結合構成。血紅蛋白(hemoglobin)作為典型代表,含有血紅素基團和鐵離子,在哺乳動物紅細胞中承擔98%以上的氧氣運輸任務。軟體動物和節肢動物則多依賴血藍蛋白(hemocyanin),該色素以銅離子為核心,在氧化狀态下呈現藍色特征。
呼吸色素的氧合能力受多種因素調節:pH值波動會引起分子構象改變(波爾效應),二氧化碳分壓升高會降低氧親和力(魯特效應)。這些特性使呼吸色素能精準響應組織代謝需求,如在肌肉劇烈運動時,局部pH下降促使氧氣快速釋放。
進化生物學研究顯示,不同物種的呼吸色素具有顯著適應性差異。南極冰魚的血液因缺乏血紅蛋白而透明,這種極端適應使其能在高溶解氧的寒冷水域生存。相反,深海管蟲的血紅蛋白擁有異常高的氧結合容量,可有效應對海底熱泉區的低氧環境。
參考文獻:
呼吸色素是生物體内一類參與氧氣運輸和儲存的蛋白質複合物,其名稱來源于對血液或體液顔色的影響。以下是詳細解釋:
呼吸色素是含有金屬元素(如鐵、銅)的蛋白質複合物。它們通過可逆結合氧氣實現氣體運輸功能,常見類型包括血紅蛋白、血藍蛋白等。例如,血紅蛋白含鐵元素,而血藍蛋白含銅元素。
以血紅蛋白為例,其氧氣結合過程可表示為: $$ text{Hb} + 4text{O}_2 rightleftharpoons text{Hb(O}_2text{)}_4 $$ 該反應受pH值、溫度等因素調節,實現氧氣在肺部和組織間的動态釋放。
呼吸色素的進化多樣性反映了生物對環境的適應,如深海生物的血藍蛋白能在低氧環境中高效攜氧。其異常會導緻缺氧症、一氧化碳中毒等病理狀态。
(注:更多分類細節可參考、10的完整研究)
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