Die Chemie der Farben des Blutes

Halloween steht vor der Tür, was für viele Kostüme einen großzügigen Spritzer Kunstblut erfordert, um das Aussehen zu vervollständigen. Wahrscheinlich haben Sie schon eine ziemlich gute Vorstellung davon, warum menschliches Blut rot gefärbt ist und mit Kunstblut imitiert wird. Rot ist jedoch nicht die einzige Blutfarbe, die es gibt – es gibt auch blaue, grüne, violette und sogar farblose Varianten – und dies ist das Ergebnis der spezifischen Chemikalien, aus denen Blut in verschiedenen Organismen besteht.

Beginnen wir also mit dem, was wir bereits wissen. Die meisten Menschen werden gelernt haben, dass das Blut des Menschen und der meisten anderen Wirbeltiere rot ist, weil es aus Hämoglobin besteht, einem großen Protein, das in den roten Blutkörperchen vorkommt und in seiner Struktur Eisenatome enthält. Hämoglobin ist ein so genanntes Atmungspigment, das im Körper eine wichtige Rolle spielt, indem es den Sauerstoff durch den Körper zu den Zellen transportiert und das Kohlendioxid zurück in die Lunge befördert, wo es ausgeatmet werden kann. Das große Protein besteht aus vier kleineren Einheiten, die ihrerseits kleine Abschnitte, so genannte Häms, enthalten, von denen jedes ein Eisenatom enthält. Dieses kann sich an Sauerstoff „binden“ und verleiht den roten Blutkörperchen ihre Fähigkeit zum Sauerstofftransport.

Die Eisenatome sind auch für die Farbe des Hämoglobins verantwortlich. Die einzelnen Hämatome sind konjugierte Moleküle – sie haben viele abwechselnde Doppel- und Einfachbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen in ihrer Struktur – und diese Konjugation bewirkt, dass sie Lichtwellenlängen im sichtbaren Teil des Spektrums absorbieren, was zu einem farbigen Aussehen führt. Das Vorhandensein des Eisenatoms verändert diese Absorption geringfügig, so dass Hämoglobin eine rote Farbe hat, wenn es mit Sauerstoff angereichert ist, und ein etwas dunkleres Rot, wenn es nicht mit Sauerstoff angereichert ist.

Es ist ein weit verbreiteter Mythos, dass nicht mit Sauerstoff angereichertes Blut blau ist – wenn man nämlich durch die Haut auf die Venen schaut, die das nicht mit Sauerstoff angereicherte Blut von den Körperzellen wegführen, haben sie einen eindeutig blaugrauen Farbton. Diese Erscheinung wird jedoch durch die Wechselwirkung des Lichts mit dem Blut sowie der Haut und dem Gewebe, die die Venen bedecken, verursacht. Die etwas komplexeren Gründe, warum die Venen blau erscheinen, obwohl sie eigentlich rot sind, werden in diesem Artikel ausführlich erläutert.

Es gibt jedoch einige Lebewesen, für die blaues Blut die Norm ist. Krebstiere, Spinnen, Tintenfische, Kraken und einige Weichtiere haben blaues Blut, weil sie ein anderes Atmungspigment besitzen. Anstelle von Hämoglobin verwenden diese Lebewesen ein Protein namens Hämocyanin für den Sauerstofftransport. Die unterschiedliche Struktur des Pigments sowie der Einbau von Kupferatomen anstelle von Eisen führen dazu, dass das Blut bei Sauerstoffmangel farblos und bei Sauerstoffzufuhr blau ist. Auch die Bindung an den Sauerstoff erfolgt anders als bei Hämoglobin, wobei sich zwei Kupferatome an jedes Sauerstoffmolekül binden.

Auch grünes Blut ist möglich, und zwar bei einigen Wurm- und Blutegelarten. Das ist insofern interessant, als die einzelnen Einheiten von Chlorocruorin, dem Protein, das für die grüne Blutfärbung verantwortlich ist, dem Hämoglobin sehr ähnlich sehen. Sie sind sogar fast identisch – der einzige Unterschied ist eine Aldehydgruppe anstelle einer Vinylgruppe in der chemischen Struktur (obwohl der Name etwas anderes vermuten lässt, enthält Chlorocruorin keine Chloratome).

Trotz dieses kleinen Unterschieds kommt es zu einer auffälligen Farbveränderung: Desoxygeniertes Blut, das Chlorocruorin enthält, hat eine hellgrüne Farbe, und ein etwas dunkleres Grün, wenn es mit Sauerstoff angereichert ist. In konzentrierten Lösungen nimmt es merkwürdigerweise eine hellrote Farbe an. Eine Reihe von Organismen, die Chlorocruorin in ihrem Blut haben, enthalten auch Hämoglobin, was zu einer insgesamt roten Färbung führt.

Chlorocruorin ist jedoch nicht immer für grünes Blut notwendig, wie die grünblütige Skinkeidechse beweist. Diese Eidechse ist in Neuguinea beheimatet, und obwohl ihr Blut wie das anderer Wirbeltiere Hämoglobin enthält, ist ihr Blut auffallend grün gefärbt. Die Farbe ist auf einen Unterschied in der Art und Weise zurückzuführen, wie sie Hämoglobin recyceln. Menschen recyceln Hämoglobin in der Leber, indem sie es zunächst in Biliverdin und dann in Bilirubin aufspalten. Die Eidechsen sind jedoch nicht in der Lage, Biliverdin weiter abzubauen, so dass es sich in ihrem Blut anreichert und eine grüne Farbe erzeugt, die intensiv genug ist, um die rote Farbe des Hämoglobins zu überdecken.

Schließlich ist auch violettes Blut möglich, wenn auch nur bei einer begrenzten Anzahl von Meereswürmern (einschließlich der etwas unglücklich benannten Peniswürmer). Diese Farbe wird durch ein anderes Atmungspigment verursacht, das Hämorythrin genannt wird. Haemorythrin besteht aus einzelnen Einheiten, die ihrerseits Eisenatome enthalten; bei Desoxygenierung ist das Blut farblos, bei Sauerstoffanreicherung jedoch leuchtend violett-rosa. Wie die meisten anderen Atmungspigmente ist es viel weniger effizient als Hämoglobin, in einigen Fällen hat es nur etwa ein Viertel der Sauerstofftransportkapazität.

Das Interessanteste an den unterschiedlichen Farben des Blutes ist vielleicht, dass es zeigt, wie die Evolution verschiedene Lösungen für ein und dasselbe Problem gefunden hat – in diesem Fall den Sauerstofftransport. Es ist witzig, sich vorzustellen, dass, wenn unser Blut kupferhaltige Atmungspigmente anstelle von Eisen enthielte, wir alle zu Halloween eine andere Farbe von Kunstblut auftragen würden statt rot!

Die Grafik in diesem Artikel ist lizenziert unter einer Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License. Siehe die Richtlinien für die Verwendung von Inhalten auf dieser Website.