Wszystkie barwy krwi

Krew ludzka to płyn ustrojowy, który pełni wiele funkcji. Gdy się im wszystkim przyjrzymy, niewątpliwie uznamy, że jest ona niesamowitym produktem ewolucji. Organizmy niższe, do których należą bezkręgowce, często obywają się bez krwi – pożywienie pobierają przez błonę komórkową i tą samą drogą wydalają produkty odpadowe. Wraz jednak ze wzrostem złożoności zwierzęcia powstaje problem z efektywnym dostarczaniem tlenu (oraz substancji odżywczych) do wszelkich tkanek. Odpowiedzią na to zapotrzebowanie jest hemoglobina znajdująca się w czerwonych ciałkach krwi (erytrocytach). Jest ona najbardziej efektywnym związkiem przenoszącym tlen w organizmach żywych.

Erytrocyty zostały zaobserwowane po raz pierwszy przez holenderskiego badacza Antoniego van Leeuwenhoeka w XVII w. Charakterystyczną barwę, od której pochodzi nazwa, zawdzięczają hemoglobinie. Jest to dość złożone białko, składające się z podjednostek białkowych połączonych z grupą hemową. To właśnie ta grupa odpowiada za transport cząsteczek tlenu z płuc do wszystkich komórek ciała i nadaje barwę erytrocytom. Kolor ten to wynik obecności atomu żelaza (Fe), który jest związany z czterema pierścieniami organicznymi – ten układ chemicy nazywają porfirynowym.

Warto przypomnieć, że krew ludzka ma różną barwę w zależności od tego, czy jest utlenowana (krew tętnicza), czy też nie (krew żylna). Obie są czerwone, ale ta pierwsza jest znacznie jaśniejsza. Pozwala to ocenić, czy mamy do czynienia z krwotokiem żylnym, czy ze znacznie groźniejszym tętniczym. Z kolei w przypadku zatrucia tlenkiem węgla (czadem) krew przybiera barwę jaskrawoczerwoną – powstaje bowiem karboksyhemoglobina, czyli połączenie hemoglobiny z CO. Wiązanie to jest bardzo silne i powoduje, że cząsteczki hemoglobiny nie mogą się łączyć z tlenem i transportować go do komórek.

Hemoglobina występuje we krwi niemal wszystkich kręgowców, dlatego ma zawsze barwę czerwoną, choć między gatunkami może nieco różnić się odcieniem. Co ciekawe, ten sam barwnik oddechowy znajdziemy u znacznie prymitywniejszych zwierząt, takich jak niektóre pierścienice. W tym przypadku efektywność transportowa hemoglobiny wyrównuje niedostatki nieskomplikowanego układu krwionośnego.

Błękitna krew

Zwykło się mówić, że błękitna krew płynie w żyłach ludzi szlachetnie urodzonych. Oczywiście to tylko związek frazeologiczny, niemający nic wspólnego z rzeczywistością. Faktem natomiast jest, że arystokraci mieli zazwyczaj bardzo bladą (wskutek unikania słońca) i delikatną skórę, co powodowało, że ich żyły (niebieskie) były bardzo widoczne. Wewnątrz płynęła jednak zwyczajna czerwona krew.

Istnieją jednak zwierzęta mające krew o barwie niebieskiej. Należą do nich m.in. mięczaki (takie jak ślimaki) czy niektóre stawonogi (pajęczaki i skorupiaki). Za taką właśnie barwę odpowiadają hemocyjaniny – barwniki oddechowe zbudowane podobnie jak hemoglobina. Nie ma tam grupy porfirynowej, a zamiast żelaza obecna jest miedź (dwa atomy). Forma utleniona (oksycyjanina) jest niebieskawa, odtleniona – bezbarwna. Każda cząsteczka hemocyjaniny, podobnie jak w przypadku hemoglobiny, wiąże pojedynczą cząsteczkę tlenu O₂. Hemocyjaniny swobodnie pływają we krwi, nie są w osobnych komórkach.

Jasnoniebieska jest także krew niesamowitych zwierząt zwanych skrzypłoczami. Pojawiły się one na Ziemi w sylurze (ok. 400 mln lat temu). Barwa ich krwi pochodzi oczywiście od hemocyjaniny, ale ciekawostką jest to, że krew ta w silny sposób reaguje na obecność bakterii Gram-ujemnych (w barwieniu metodą Grama nie zyskują fioletowego koloru, lecz czerwony). Dlatego wykorzystuje się ją do szybkiego testowania jałowości w przemyśle biomedycznym. Testy te, znane pod skrótem LAL, zastąpiły jakiś czas temu kosztowne i czasochłonne badanie jałowości z wykorzystaniem żywych królików. W przypadku skrzypłoczy nie jest konieczne zabijanie zwierząt – krew pobiera się w podobny sposób jak w stacjach krwiodawstwa, po czym zwierzę jest wypuszczane na wolność.

A może fiolet?

Od dawna istnieje na Ziemi spora liczba gatunków zwierząt morskich, których organizmy zawierają barwnik oddechowy zwany hemoerytryną o intensywnie fioletowym kolorze. Wbrew nazwie jednak nie zawiera fragmentu hemowego, obecnego w hemoglobinie, ale dwa atomy żelaza połączone z występującymi w strukturze białkowej pierścieniami imidazolu. Wiązanie tlenu w hemoerytrynie jest też dość nietypowe. Ten barwnik oddechowy nie ma oczywiście takiej efektywności przenoszenia tlenu jak hemoglobina czy choćby hemocyjanin, ale w zupełności wystarcza w przypadku zwierząt, które nie wykazują dużej aktywności, a do tego nie posiadają klasycznego mózgu.

Co ciekawe, okazało się, że hemoerytryna pełni też inne funkcje w organizmach – wykazano jej rolę w tzw. odpowiedzi odpornościowej nieswoistej, jak też w regeneracji tkanek u robaków.

Różne odcienie zieleni

Od lat zainteresowanie zoologów i fizjologów budzą zwierzęta, których krew ma barwę od bladozielonej do niebieskozielonej – przede wszystkim żachwy (Ascidiacea) oraz niektóre inne osłonice. Są to zwierzęta o bardzo długiej historii. Pierwsze pojawiły się już w kambrze, a więc 500 mln lat temu. Ich krew swoją niezwykle intensywną barwę zawdzięcza hemowanadynie obecnej w komórkach zwanych wanadocytami. Zwierzęta te w zaskakujący sposób pobierają z wody morskiej wanad i gromadzą go w wakuolach, tak że stężenie tego pierwiastka w ich organizmach staje się w niektórych przypadkach nawet 10 mln razy większe niż w wodzie morskiej. Jest to o tyle zaskakujące, że dla większości żywych stworzeń taki poziom tego metalu byłby po prostu zabójczy. Na dodatek nie przenosi on tlenu, a więc nie pełni funkcji podobnej jak hemoglobina czy hemocyjanina.

Krew żachw i innych osłonic pełni dwie funkcje: dostarcza do komórek składniki pokarmowe i odbiera z nich produkty przemiany materii. Ich układ krwionośny jest niezwykły. Składa się z dość prymitywnego serca, naczyń krwionośnych oraz zatok krwionośnych. Serce jednak pracuje w sposób szczególny, ponieważ mniej więcej co 10 uderzeń zmienia kierunek przepływu krwi, czego nie zaobserwowano u żadnych innych zwierząt.

A tak zupełnie na marginesie – miłośnicy serialu „Star Trek” pamiętają zapewne, że słynny Mr Spock miał też zieloną krew, ale nic więcej o niej nie wiadomo poza tym, że zawierała miedź.

A może bezbarwna?

Czasami ewolucja zaskakuje. Okazuje się, że krew nie zawsze musi być barwna. Żyjące w zimnych wodach mórz antarktycznych w okolicach Ameryki Południowej endemiczne ryby bielankowate (Channichthyidae) to jedyne znane kręgowce na świecie, które nie mają hemoglobiny, a ich krew jest bezbarwna. Szczegółowe badania wykazały, że w ich genomie zachowały się resztki genów odpowiedzialnych za syntezę hemoglobiny. Wygląda więc na to, że w tym przypadku ewolucja w jakimś sensie odwróciła kierunek.

Ryby te wchłaniają tlen (a jest go w zimnych antarktycznych wodach sporo) bezpośrednio przez skrzela (trochę też przez skórę). Mają też nieproporcjonalnie duże serce i naczynia krwionośne oraz nawet czterokrotnie większą w stosunku do masy ciała objętość krwi w porównaniu z innymi rybami. Jest ona też pompowana z dużą szybkością, aby efektywnie dostarczyć tlen do wszystkich komórek.

Jakkolwiek bielankowate wydają się rybami dość egzotycznymi, można je spotkać także na europejskich talerzach. Należy bowiem do nich popularna jeszcze jakiś czas temu w Polsce kergulena (bielanka kerguleńska), charakteryzująca się smacznym mięsem bez ości. Ostatnio jej podaż zdecydowanie zmalała, ponieważ znacząco zmniejszono normy połowowe.

dr n. chem. Mirosław Dworniczak

***

Choroby zmieniające kolor ludzkiej krwi

Czasami, choć na szczęście rzadko, ludzka krew może zmienić barwę. Odnotowano przypadki krwi o barwie wyraźnie zielonej – w medycynie taka choroba nosi nazwę sulfhemoglobinemii. Barwa krwi zmienia się, ponieważ do cząsteczki hemoglobiny, a dokładnie do hemu, przyłącza się cząsteczka siarkowodoru. Zwykle jest to efekt niepożądanego działania leków zawierających siarkę.

Innym prowadzącym do zmiany koloru ludzkiej krwi schorzeniem jest methemoglobinemia, występująca najczęściej u noworodków i niemowląt. W tym przypadku w hemoglobinie żelazo(II) ulega utlenieniu do żelaza(III), co powoduje, że nie przenosi ona efektywnie tlenu. W takiej sytuacji krew może przybrać barwę nawet ciemnobrązową. W zdrowej krwi znajduje się też methemoglobina, ale jest jej 1–2%. Gdy pojawia się jej więcej, w naturalny sposób jest redukowana do zwykłej hemoglobiny. Methemoglobinemia może też być polekowa – odnotowano np. przypadki, gdy wystąpiła po zażyciu paracetamolu czy niektórych sulfonamidów.