De chemie van de kleuren van bloed

Halloween komt er bijna aan, en voor een groot aantal kostuums is dan een flinke dosis nepbloed nodig om de look compleet te maken. Je hebt waarschijnlijk al een vrij goed idee van de redenen achter de rode kleur van menselijk bloed die nepbloed nabootst. Rood is echter niet de enige beschikbare kleur van bloed – het is er ook in blauwe, groene, violette en zelfs kleurloze varianten – en dit is een gevolg van de specifieke chemische stoffen waaruit bloed in verschillende organismen is opgebouwd.

Dus, laten we beginnen met wat we al weten. De meeste mensen zullen geleerd hebben dat menselijk bloed, evenals dat van de meeste andere gewervelde dieren, rood is als gevolg van hemoglobine, een groot eiwit dat zich in rode bloedcellen bevindt en dat ijzeratomen bevat in zijn structuur. Hemoglobine is een zogeheten ademhalingspigment en speelt een vitale rol in het lichaam: het transporteert zuurstof door het lichaam naar de cellen en helpt kooldioxide terug naar de longen, waar het kan worden uitgeademd. Het grote eiwit bestaat uit vier kleinere eenheden die op hun beurt kleine delen bevatten, haems genaamd, die elk een ijzeratoom bevatten. Dit kan zich ‘binden’ aan zuurstof, waardoor de rode bloedcellen hun zuurstoftransportvermogen krijgen.

De ijzeratomen zijn ook verantwoordelijk voor de kleur van hemoglobine. De individuele hemoglobines zijn geconjugeerde moleculen – ze hebben veel afwisselende dubbele en enkele bindingen tussen koolstofatomen in hun structuur – en deze conjugatie zorgt ervoor dat ze lichtgolven in het zichtbare deel van het spectrum absorberen, wat leidt tot een gekleurd uiterlijk. De aanwezigheid van het ijzeratoom wijzigt deze absorptie enigszins, en als zodanig heeft hemoglobine een rode kleur wanneer het zuurstof bevat, en een iets donkerder rode kleur wanneer het zuurstofvrij is.

Het is een algemeen geloofde mythe dat zuurstofvrij bloed blauw is – per slot van rekening, als je door je huid heen kijkt naar een van je aderen, die zuurstofvrij bloed wegvoeren van je lichaamscellen, hebben ze een duidelijke blauw-grijze tint. Deze kleur wordt echter veroorzaakt door de interactie van licht met zowel het bloed als de huid en het weefsel die de aderen bedekken. Er is een gedetailleerde blik op de iets complexere redenen waarom aderen blauw lijken, ondanks dat ze rood zijn, in dit artikel waarin de vraag wordt onderzocht.

Er zijn echter enkele wezens, voor wie blauw bloed de norm is. Schaaldieren, spinnen, inktvissen, octopussen, en sommige weekdieren hebben allemaal blauw bloed als gevolg van het hebben van een ander ademhalingspigment. In plaats van hemoglobine gebruiken deze wezens een eiwit dat hemocyanine heet om zuurstof te transporteren. De verschillende structuur van het pigment en de integratie van koperatomen in plaats van ijzer leiden ertoe dat het bloed kleurloos is wanneer het zuurstofvrij is, en blauw wanneer het zuurstofrijk is. Ze binden zich ook op een andere manier aan zuurstof dan hemoglobine, met twee koperatomen die zich aan elke zuurstofmolecule binden.

Daar blijft het niet bij; ook groen bloed is mogelijk, bij sommige soorten wormen en bloedzuigers. Dit is een interessante, in zoverre dat de afzonderlijke eenheden van chlorocruorine, het eiwit dat leidt tot een groene bloedkleuring, in feite zeer vergelijkbaar zijn in uiterlijk met hemoglobine. In feite zijn ze bijna identiek – het enige verschil is een aldehyde groep in de plaats van een vinyl groep in de chemische structuur (hoewel de naam anders doet vermoeden, bevat chlorocruorine geen chloor atomen).

Ondanks dit kleine verschil is een merkbare kleurverandering het resultaat – zuurstofvrij bloed dat chlorocruorine bevat is lichtgroen van kleur, en iets donkergroener wanneer het aan zuurstof wordt blootgesteld. Vreemd genoeg krijgt het in geconcentreerde oplossingen een lichtrode kleur. Bij een aantal organismen die chlorocruorine in hun bloed hebben, is ook hemoglobine aanwezig, wat resulteert in een algehele rode kleur.

Chlorocruorine is echter niet altijd nodig voor groen bloed, zoals de groenbloedige skinkhagedis illustreert. Deze hagedis komt voor in Nieuw-Guinea, en hoewel zijn bloed hemoglobine bevat zoals dat van andere gewervelde dieren, heeft zijn bloed een kenmerkende groene kleur. De kleur is het gevolg van een verschil in de manier waarop ze hemoglobine recycleren. Mensen recycleren hemoglobine in de lever, door het eerst af te breken in biliverdine, en dan in bilirubine. De hagedissen zijn echter niet in staat biliverdine verder af te breken, zodat het zich in hun bloed ophoopt en een groene kleur geeft die intens genoeg is om de rode kleur van hemoglobine te overstemmen.

Finitief is violet bloed ook mogelijk, zij het bij een beperkte reeks zeewormen (waaronder de nogal ongelukkig genaamde peniswormen). Deze kleur wordt veroorzaakt door weer een ander ademhalingspigment, dit keer een die hemorythrine heet. Hemorythrine bevat afzonderlijke eenheden die zelf ijzeratomen bevatten; wanneer het zuurstofvrij is, is het bloed kleurloos, maar wanneer het zuurstofrijk is, is het helder violet-roze. Net als de meeste andere ademhalingspigmenten is het veel minder efficiënt dan hemoglobine, in sommige gevallen heeft het slechts een kwart van de zuurstofdragende capaciteit.

Wat misschien het interessantst is aan de verschillende kleuren van bloed, is dat het laat zien hoe de evolutie met verschillende oplossingen voor hetzelfde probleem komt – in dit geval, het transporteren van zuurstof. Het is grappig om te bedenken dat, als ons bloed koperhoudende ademhalingspigmenten zou bevatten in plaats van ijzer, we misschien allemaal een andere kleur nepbloed zouden gebruiken voor Halloween in plaats van rood!

De afbeelding in dit artikel is gelicenseerd onder een Creative Commons Naamsvermelding-NietCommercieel-GeenAfgeleideWerken 4.0 Internationale Licentie. Zie de richtlijnen voor het gebruik van de inhoud van de site.