The Chemistry of The Colours of Blood

Halloween już prawie nadeszło, co dla dużej liczby kostiumów będzie wymagało obfitego oblania sztuczną krwią, aby dopełnić wyglądu. Prawdopodobnie masz już całkiem dobre pojęcie o przyczynach czerwonego zabarwienia ludzkiej krwi, które sztuczna krew naśladuje. Jednakże czerwień nie jest jedynym dostępnym kolorem krwi – występuje ona również w odmianach niebieskiej, zielonej, fioletowej, a nawet bezbarwnej – i jest to wynikiem specyficznych związków chemicznych, które tworzą krew w różnych organizmach.

Zacznijmy więc od tego, co już wiemy. Większość ludzi dowiedziała się, że ludzka krew, jak również krew większości innych kręgowców, jest czerwona w wyniku działania hemoglobiny, dużego białka znajdującego się w czerwonych krwinkach, które zawiera w swojej strukturze atomy żelaza. Hemoglobina jest tak zwanym pigmentem oddechowym i odgrywa istotną rolę w organizmie, przenosząc tlen po całym ciele do komórek i pomagając dwutlenkowi węgla wrócić do płuc, gdzie może zostać wydalony. Duże białko składa się z czterech mniejszych jednostek, które same zawierają małe fragmenty zwane hemami, z których każdy zawiera atom żelaza. Może on „wiązać się” z tlenem, nadając czerwonym krwinkom zdolność transportowania tlenu.

Atomy żelaza są również odpowiedzialne za kolor hemoglobiny. Poszczególne hemy są sprzężonymi cząsteczkami – mają wiele naprzemiennych podwójnych i pojedynczych wiązań między atomami węgla w swojej strukturze – i to sprzężenie powoduje, że absorbują długości fal świetlnych w widzialnej części widma, co prowadzi do kolorowego wyglądu. Obecność atomu żelaza nieznacznie modyfikuje tę absorpcję i jako taka hemoglobina ma kolor czerwony, gdy jest natleniona, i nieco ciemniejszy czerwony, gdy jest odtlenowana.

Powszechnie uważa się, że odtlenowana krew jest niebieska – w końcu, jeśli spojrzeć przez skórę na którąkolwiek z żył, które odprowadzają odtlenowaną krew z komórek ciała, mają one zdecydowanie niebiesko-szary odcień. Jednakże, wygląd ten jest w rzeczywistości spowodowany interakcją światła zarówno z krwią, jak i skórą oraz tkanką pokrywającą żyły. Istnieje szczegółowe spojrzenie na nieco bardziej złożonych powodów, dlaczego żyły wydają się niebieskie, mimo że są czerwone, w tym artykule badającym pytanie.

Są jednak pewne stworzenia, dla których niebieska krew jest normą. Skorupiaki, pająki, kałamarnice, ośmiornice i niektóre mięczaki wszystkie mają niebieską krew w wyniku posiadania innego pigmentu oddechowego. Zamiast hemoglobiny, stworzenia te wykorzystują do transportu tlenu białko zwane hemocyjaniną. Odmienna struktura pigmentu, jak również wbudowanie atomów miedzi zamiast żelaza, prowadzi do tego, że krew jest bezbarwna, gdy jest odtlenowana, a niebieska, gdy jest natleniona. Wiążą się one również z tlenem w inny sposób niż hemoglobina, z dwoma atomami miedzi wiążącymi się z każdą cząsteczką tlenu.

Nie kończy się na tym; zielona krew, również jest możliwa, w niektórych gatunkach robaków i pijawek. Jest to o tyle ciekawe, że poszczególne jednostki chlorokruoryny, białka prowadzącego do zielonego zabarwienia krwi, są w rzeczywistości bardzo podobne z wyglądu do hemoglobiny. W rzeczywistości są prawie identyczne – jedyną różnicą jest grupa aldehydowa w miejscu grupy winylowej w strukturze chemicznej (chociaż nazwa może sugerować inaczej, chlorokruoryna nie zawiera żadnych atomów chloru).

Pomimo tej drobnej różnicy, wynikiem jest zauważalna zmiana koloru – odtlenowana krew zawierająca chlorokruorynę ma kolor jasnozielony, a nieco ciemniejsza zieleń, gdy jest natleniona. Co dziwne, w stężonych roztworach przybiera ona barwę jasnoczerwoną. Wiele organizmów, które mają chlorokruorynę we krwi, ma również obecną hemoglobinę, co skutkuje ogólnym czerwonym zabarwieniem.

Chlorokruoryna nie zawsze jest konieczna do uzyskania zielonej krwi, jednak, jak ilustruje to zielonokrwista jaszczurka skink. Jaszczurka ta występuje w Nowej Gwinei, i pomimo tego, że jej krew zawiera hemoglobinę jak u innych kręgowców, jej krew ma charakterystyczny zielony kolor. Kolor ten jest spowodowany różnicą w sposobie utylizacji hemoglobiny. Ludzie przetwarzają hemoglobinę w wątrobie, rozkładając ją najpierw na biliwerdynę, a następnie na bilirubinę. Jaszczurki, jednak nie są zdolne do rozkładu biliwerdyny dalej, więc gromadzi się w ich krwi, dając zielony kolor wystarczająco intensywny, aby zastąpić czerwony kolor hemoglobiny.

Finally, fioletowy krew jest również możliwe, choć w ograniczonym zakresie morskich robaków (w tym raczej niefortunnie nazwane penis robaki). Ten kolor jest spowodowany jeszcze innym pigmentem oddechowym, tym razem zwanym hemorytryną. Hemorytryna zawiera pojedyncze jednostki, które same zawierają atomy żelaza; kiedy krew jest odtleniona, jest bezbarwna, ale kiedy jest natleniona, ma jasny fioletowo-różowy kolor. Podobnie jak większość innych pigmentów oddechowych, jest o wiele mniej wydajna niż hemoglobina, w niektórych przypadkach ma tylko około jednej czwartej zdolności przenoszenia tlenu.

To, co jest być może najbardziej interesujące w różnych kolorach krwi, to fakt, że pokazuje ewolucję wymyślającą różne rozwiązania tego samego problemu – w tym przypadku transportu tlenu. Zabawnie jest pomyśleć, że gdyby nasza krew zawierała pigmenty oddechowe zawierające miedź zamiast żelaza, wszyscy moglibyśmy nakładać inny kolor fałszywej krwi na halloween zamiast czerwonego!

Grafika w tym artykule jest dostępna na licencji Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License. Zapoznaj się z wytycznymi dotyczącymi wykorzystania treści na stronie.