Zašto je krv crvene boje?

Zašto je krv crvene boje? Ovo sam pitanje dobila od jedne Lole i stoga odgovaram i to na nekoliko nivoa – za najmlađe i za, recimo srednjoškolce, tinejdžere i za odrasle.

Dakle krv je tečno tkivo, sastavni dio ljudskog i životinjskog organizma. Nije krv kod svih organizama ista, pa ćemo stoga više govoriti o krvi sisara, pogotovo ljudskoj. Ona se sastoji od krvne plazme, koja je voda i neke bjelančevine te krvnih ćelija i krvnih zrnaca. A boja dolazi od crvenih krvnih zrnaca – eritrocita.

Ovi elementi krvi zapravo nisu ćelije jer nemaju glavni kontrolni centar ćelija, jedro. I nemaju ga s dobrim razlogom – da bi imali više prostora za prenos kisika. Dakle, to je kao kad pobrišete neke nepotrebne stvari s telefona da biste imali više prostora za slike. Ili izbacite neki namještaj koji vam zakrčuje stan.

Krv je crvena zbog hemoglobina

U crvenim krvnim zrncima se nalazi protein hemoglobin koji je crvene boje, a odgovoran je za vezivanje kisika i ugljičnog dioksida. Tako krv prenosi kisik i odnosi ugljični dioksid koji izdišemo. Sva naša tkiva i organi na ovaj način dobijaju kisik koji im je neohodan za oslobađanje energije i tako život.

E sad, komplikovaniji dio – zašto je samo hemoglobin crven? Pod mikroskopom, tanak sloj eritrocita izgleda zelenkasto-sivo roskasto, ali krv je, u većoj količini crvena. Crvena je zbog načina na koji hemoglobin upija svjetlo, odnosno koji dio spektra apsorbira a koji odbija. Glavni dio hemoglobina je grupa zvana hem u čijoj se sredini nalazi željezo. I da, to je razlog što nam je željezo potrebno za bolju krvnu sliku i trebamo uzimati željezo kroz hranu ili, po potrebi, suplementima.

• Hemoglobin je protein sastavljen od četiri polipeptidna lanca, od kojih svaki sadrži jednu hem grupu.
• Hem je porfirinska prstenasta struktura koja ima centralni atom gvožđa (Fe²⁺ u oksidiranom stanju i ovo oksidativno stanje je vrlo bitno za svojstva hemoglobina i ulogu krvi – jer željezo može biti i trovalentno a takvo nam je potpuno beskorisno i opasno).
• Gvožđe u hem grupi je odgovorno za vezivanje kiseonika i doprinosi boji.

Struktura proteina hemoglobina – 4 lanca proteina (plavo i crveno) i 4 hem grupe (zeleno), By Zephyris at the English-language Wikipedia, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2300973

Apsorpcija i refleksija svjetlosti

Hemoglobin ima apsorpcioni spektar sa pikovima u plavom i zelenom dijelu vidljive svjetlosti (~400–600 nm), dok crvena svjetlost (~600–700 nm) nije apsorbovana i stoga se reflektuje, dajući hemoglobinu crvenu boju.

Hemoglobin apsorbuje različite talasne dužine svjetlosti u zavisnosti od toga da li je vezan za kisik/kiseonik (oksihemoglobin) ili nije (deoksihemoglobin).

• • Oksihemoglobin (kada je gvožđe vezano za kiseonik) apsorbuje plavu i zelenu svetlost, reflektujući crvenu, što daje krvi jarko crvenu boju.
  • Deoksihemoglobin (kada gvožđe nije vezano za kiseonik) apsorbuje više crvene svetlosti, što krvi daje tamniju, ljubičasto-plavičastu nijansu.

Fizička priroda boje

Sad je pitanje zašto hemoglobin apsorbuje baš dijelove spektra plave i zelene boje a odbija one dijelove koje mi percipiramo kao crvenu boju.

Boja proizlazi iz elektronske tranzicije u molekuli. Kada svjetlost padne na hem grupu, fotoni pobuđuju elektrone u orbitalama porfirinskog prstena. Hem grupa ima konjugovanu π-elektronsku strukturu, što znači da delokalizovani elektroni mogu apsorbovati energiju određene talasne dužine svjetlosti.

Hem grupa ima složen sistem delokalizovanih elektrona u svom porfirinskom prstenu. Ovi elektroni se nalaze u molekularnim orbitalama koje nastaju kombinacijom atoma u prstenu. Kada svjetlost padne na hem grupu, određeni fotoni (čestice svetlosti. čestice elektromagnetnog zračenja) mogu uzbuditi elektrone iz jedne orbitale u višu energetsku orbitalu.

Talasne dužine koje nisu apsorbovane se reflektuju, a našim očima se te reflektovane talasne dužine prikazuju kao crvena boja. Dakle svaka boja, ne samo krvi, posljedica je toga koji dio spektra neki materijal ne upije ili ne apsorbuje.

Porfirinski prsten ima aromatsku strukturu, što znači da ima cikličan, stabilan sistem delokalizovanih π-elektrona. Ovaj sistem omogućava elektronima da lako apsorbuju energiju iz svjetlosti i prelaze na viša energetska stanja. Kombinacija ovih prelaza daje specifične apsorpcione osobine koje vidimo kao crvenu boju.

Struktura hem grupe (hem B), izvor Wikipedia Autor Ronk01 – Vlastito djelo postavljača, CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11574343

Inače, ovo je način na koji se javljaju i druge boje – sve ovisi o ponašanju elektrona u vanjskim orbitalama “elektronskog oblaka” kada na njih djeluju fotoni. A to opet ovisi o vezama u molekuli i strukturama.

Uloga oksidacionog stanja gvožđa

Centralni atom gvožđa u hem grupi mora biti u Fe²⁺ stanju da bi vezao kiseonik i dao odgovarajuću boju. Kada se gvožđe oksiduje u Fe³⁺, hemoglobin se pretvara u methemoglobin, koji ne može vezivati kiseonik i daje tamniju, smeđu boju krvi.

The post Zašto je krv crvene boje? appeared first on Nauka govori.