葉綠素與光合作用

樹葉的綠，是一樁悄悄運轉著整個星球的無機化學的可見標誌。葉綠素是讓植物變綠的色素，它捕捉陽光、用這份能量把二氧化碳和水造成糖，並釋放出我們呼吸的氧氣。而在這抹綠色色素的正中央，坐著的既不是鐵、也不是鋅，而是一個鎂離子——這是生命中一種常量金屬，正在做一件任何有機原子單獨都做不到的工作。

葉綠素的搭法和血紅蛋白的血紅素一樣：一個巨大扁平的類卟啉環（葉綠環），四個朝內的氮原子把一個金屬攥在中央。但這裡的金屬是鎂(2+)，要點不在於結合氧、也不在於靠改變氧化態來傳電子——鎂只有 +2 這一種態，不做氧化還原。它的工作是坐在中央、把環撐得剛硬而對稱，這就磨利了分子吸收紅光和藍光（反射出我們看到的綠）的本領、並能把捕獲的能量高效傳給鄰居。當一個葉綠素最終把能量交給一個特殊的反應中心時，一個電子被沿著一條包含鐵硫簇和細胞色素的鏈路射向下坡——正是我們先前見過的那套布線。而裂解水的那半個故事則依賴另一種金屬簇：放氧複合體，一個由四個錳原子和一個鈣組成的小立方（Mn4CaO5），它一次一個地從兩個水分子裡拽出四個電子、放出 O2。

這之所以重要，是因為光合作用是我們空氣中幾乎全部氧氣、生物圈中幾乎全部食物的來源，而它由屈指可數的幾個金屬中心運轉：鎂負責採光，錳負責裂水，鐵和銅負責搬運電子。一句老實話：那抹綠色並不是鎂本身在「顯色」——鎂(2+)沒有 d 電子、本身無色——顏色來自共軛的有機環，鎂則充當那個剛硬的結構錨、為其調校。而錳的放氧複合體至今仍未被完全弄清；它是生物無機化學中研究最多卻尚未徹底解出的結構之一，也是所有想模仿大自然、裂水製燃料的人的重要目標。