一般正常成年人體內(nèi)鐵總量為3～5g，鐵在幾乎所有組織中都有，在肝脾中含量極高。其中約三分之二的鐵以血紅蛋白和肌紅蛋白形式存在，在血液和肌肉中作為氧的運(yùn)輸載體，余下約三分之一的鐵與肝臟、脾臟等器官蛋白質(zhì)結(jié)合作為儲備鐵儲存起來。此外，鐵還是細(xì)胞色素氧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶、黃嘌呤氧化酶的重要成分，參與體內(nèi)許多重要代謝過程。

生物體內(nèi)的能量和物質(zhì)代謝有其本身的特點：①生物體以自由能形式釋放和貯存能量；②生物體內(nèi)進(jìn)行的物質(zhì)及能量轉(zhuǎn)化在恒溫、近中性的水溶液中完成；③生物體內(nèi)的物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化是多種多樣的，每個細(xì)胞都能產(chǎn)生、貯存和利用自由能，以保證定時、定點、定量地提供能量和對物質(zhì)進(jìn)行加工；④有機(jī)物氧化反應(yīng)的最終產(chǎn)物CO2最終由肺呼出。

5.1 運(yùn)輸及儲存氧

血液中的血紅素主要以血紅蛋白的形式存在。血紅素是一種卟啉類化合物，卟啉中心有一鐵離子與四個氮原子配位結(jié)合，四個血紅素連接起來再與四個球蛋白相連就形成血紅蛋白，這種特定結(jié)構(gòu)使鐵離子表現(xiàn)出特定活性，易與氧配位結(jié)合形成配合物而不會被氧化。Hb含鐵0.34%，每個紅細(xì)胞含2.8億個Hb分子，每個Hb分子由4個亞單位組成，每個亞單位以鐵原子為核心，與C、H、O、N結(jié)合成亞鐵血紅素，再與肽鏈結(jié)合。每個鐵原子和一個分子氧結(jié)合?？梢姡琀b的運(yùn)氧效率是很高的。血紅蛋白能與氧可逆結(jié)合，當(dāng)血液流經(jīng)氧分壓較高的肺泡時，血紅蛋白與氧結(jié)合成氧合血紅蛋白；當(dāng)血液流經(jīng)氧分壓較低的組織時，氧合血紅蛋白又離解成血紅蛋白和氧，從而完成把氧從肺泡送至組織的任務(wù)。因此，血紅蛋白中鐵參與氧的運(yùn)輸、交換和組織呼吸過程。Mb存在于肌肉中，每個肌紅蛋白分子為單一的肽鏈，并含有1個亞鐵血紅素。在肌肉組織中，它能從血紅蛋白中接受氧，并把氧儲存起來，當(dāng)機(jī)體氧供應(yīng)不足時，可將儲存的氧釋放出來，供給各種氧化過程所需。

5.2 電子傳遞功能

有機(jī)物在生物體內(nèi)氧化分解的產(chǎn)物是CO2、H2O和能量，即C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量（17.1k J·g-1）。這種氧化是與呼吸過程結(jié)合進(jìn)行的。其釋能過程通過線粒體內(nèi)膜上的一套酶系統(tǒng)催化而成，此酶構(gòu)成了鏈狀反應(yīng)，稱之為呼吸鏈。有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)消化、吸收進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的線粒體，脫氫，經(jīng)呼吸鏈的逐步傳遞，最后交給氧，使其變成水，與此同時產(chǎn)生能量供機(jī)體利用。

鐵參與動物細(xì)胞內(nèi)的氧化還原供能過程，是細(xì)胞色素的組成成分。細(xì)胞色素先從三羧酸循環(huán)中間途徑中得到一個電子，使其中的低價鐵原子氧化為高鐵原子，離開線粒體膜，細(xì)胞色素氧化酶參與催化，三價鐵轉(zhuǎn)變?yōu)槎r鐵，脫下的電子再交給從三羧酸循環(huán)中脫下的氫原子，并與由血紅蛋白從肺運(yùn)來的氧化合成水。體內(nèi)能量的釋放與線粒體聚集鐵的數(shù)量成正比，心、肝、腎等生理生化活動強(qiáng)烈的器官其細(xì)胞線粒體內(nèi)鐵的蓄積特別多（圖1-2）。

圖1-2 呼吸鏈的傳遞過程

如圖1-2所示，呼吸鏈組成的前3種復(fù)合物中都含有鐵硫蛋白（Fe-S）。Fe-S是一種重要的電子傳遞體，這類蛋白含有非血紅素鐵和對酸不穩(wěn)定的硫。發(fā)生氧化過程中，鐵硫蛋白中含三價鐵；發(fā)生還原反應(yīng)時，一個鐵原子被還原成二價鐵，發(fā)揮傳遞電子的作用。呼吸鏈中細(xì)胞色素的組成及電子傳遞順序為b→C1→C→aa3，它們都是以血紅素為中心的含鐵蛋白，其分子內(nèi)鐵卟啉中的鐵能夠進(jìn)行可逆的氧化還原反應(yīng)，F(xiàn)e2+把電子傳遞給Fe3+，再將電子傳遞給另一個Cyt，最后由Cytaa3將電子傳遞給O2，使氧活化成氧離子（O2-），再與介質(zhì)中的2H+結(jié)合成水。

（盛小明）