叶绿素与光合作用

树叶的绿，是一桩悄悄运转着整个星球的无机化学的可见标志。叶绿素是让植物变绿的色素，它捕捉阳光、用这份能量把二氧化碳和水造成糖，并释放出我们呼吸的氧气。而在这抹绿色色素的正中央，坐着的既不是铁、也不是锌，而是一个镁离子——这是生命中一种常量金属，正在做一件任何有机原子单独都做不到的工作。

叶绿素的搭法和血红蛋白的血红素一样：一个巨大扁平的类卟啉环（叶绿环），四个朝内的氮原子把一个金属攥在中央。但这里的金属是镁(2+)，要点不在于结合氧、也不在于靠改变氧化态来传电子——镁只有 +2 这一种态，不做氧化还原。它的工作是坐在中央、把环撑得刚硬而对称，这就磨利了分子吸收红光和蓝光（反射出我们看到的绿）的本领、并能把捕获的能量高效传给邻居。当一个叶绿素最终把能量交给一个特殊的反应中心时，一个电子被沿着一条包含铁硫簇和细胞色素的链路射向下坡——正是我们先前见过的那套布线。而裂解水的那半个故事则依赖另一种金属簇：放氧复合体，一个由四个锰原子和一个钙组成的小立方（Mn4CaO5），它一次一个地从两个水分子里拽出四个电子、放出 O2。

这之所以重要，是因为光合作用是我们空气中几乎全部氧气、生物圈中几乎全部食物的来源，而它由屈指可数的几个金属中心运转：镁负责采光，锰负责裂水，铁和铜负责搬运电子。一句老实话：那抹绿色并不是镁本身在「显色」——镁(2+)没有 d 电子、本身无色——颜色来自共轭的有机环，镁则充当那个刚硬的结构锚、为其调校。而锰的放氧复合体至今仍未被完全弄清；它是生物无机化学中研究最多却尚未彻底解出的结构之一，也是所有想模仿大自然、裂水制燃料的人的重要目标。