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Lexikon der Biologie: Atmungspigmente

Atmungspigmente, Sauerstofftransportpigmente, respiratorische Proteine, Blutfarbstoffe, die den Transport des physikalisch nur in geringem Maße gelösten Sauerstoffs (Atemgastransport, Atmung, Sauerstofftransport) über längere Strecken übernehmen. Bekannt sind 4 Typen von Atmungspigmenten, bei denen es sich durchweg um Proteide handelt ( vgl. Tab. ). Deren prosthetische Gruppe besitzt einen Metallatom-Kern, der für die Sauerstoffbindung verantwortlich ist. Am besten untersucht und am meisten verbreitet ist das Chromoproteid Hämoglobin, das bei Wirbeltieren an Erythrocyten (rote Blutkörperchen) gebunden und bei Wirbellosen frei in der Hämolymphe (Larven der Zuckmücke Chironomus, Wasserlungenschnecken, Tubifex; Tubificidae) oder in freien Zellen der Leibeshöhle (Seewalzen) vorkommt ( vgl. Tab. ). Hämoglobin besitzt ein Porphyrinringsystem (Porphyrine) mit einem zweiwertigen Eisenatom (Eisen) als Zentralatom. Ebenfalls mit einem Eisen-Porphyrinringsystem ausgestattet ist das grüne Chlorocruorin (z. B. bei Borstenwürmern; Oligochaeta, Polychaeta), das immer in der Hämolymphe gelöst ist. Ein weiteres eisenhaltiges Protein ist das Hämerythrin, das keine Häm-Gruppe (Häm) besitzt; das zweiwertige Eisenatom ist direkt der Polypeptidkette angelagert. Hämerythrin kommt immer nur in Blutzellen vor und ist im desoxygenierten ("sauerstoffentladenen") Zustand farblos, im oxygenierten violett. Man findet es bei Spritzwürmern (Sipunculida), Rüsselwürmern (Priapulida), Brachiopoden (Armfüßer) und Polychaeta (Borstenwürmer). Das blaue Hämocyanin schließlich hat mehrere Kupferionen (Kupfer) an die Polypeptidkette angelagert und ebenfalls keinen Porphyrinring. Es ist charakteristisch für Mollusken (Weichtiere), verschiedene "Höhere" Krebse (Malacostraca), Spinnen und Skorpione sowie Schwertschwänze (Xiphosura). Die physiologische Bedeutung der Atmungspigmente liegt darin, daß sie bei normalem Luftdruck an den Atmungsorganen (Alveole, Lunge) molekularen Sauerstoff aufnehmen und diesen bei niedrigem Sauerstoffpartialdruck an den Orten des Sauerstoffverbrauchs wieder freisetzen. Dies ist möglich durch eine Anpassung der Sauerstoffaffinität der Atmungspigmente, die durch kooperative Effekte (Kooperativität) zwischen den einzelnen Untereinheiten der oft hochaggregierten Moleküle erreicht wird. Konsequenz ist eine sigmoide Form der Sauerstoffsättigungskurve, die eine hohe Sauerstoffaffinität bei normalem Luftdruck und eine geringe Sauerstoffaffinität bei niedrigem Sauerstoff-Partialdruck zum Ausdruck bringt (Bohr-Effekt; Hämoglobin –Myoglobin). Blutgase.

L.M./K.-G.C.

Atmungspigmente

Vorkommen respiratorischer Farbstoffe

Pigment Vorkommen
Hämocyanin
(kupferhaltiges Protein)
Weichtiere: Kopffüßer, Vorderkiemer, Lungenschnecken
Krebstiere: Taschenkrebse, Hummer
Spinnentiere: Schwertschwänze, Euscorpius sp. (Gattung der Skorpione)
Hämerythrin
(eisenhaltiges Protein)
Sipunculiden
Polychaeten: Magelona
Priapuliden: Halicryptus sp. und Priapulus sp.
Brachiopoden: Lingula
Chlorocruorin
(Protein mit eisenhaltigem
Porphyrinring)
Polychaeten: nur Vertreter der Familien Sabellidae, Serpulidae, Chlorhaemidae, Ampharetidae
Einige Oligochaeten
prosthetische Gruppe des Proteins allein auch in Seesternen
Hämoglobin
(Protein mit eisenhaltigem
Porphyrinring)
Wirbeltiere: fast alle, außer Aallarven und einigen antarktischen Fischen
Stachelhäuter: Seegurken
Weichtiere: Planorbis (Gattung der Tellerschnecken), Tivela sp.
Insekten: Chironomus sp. (Zuckmückenart), Gasterophilus
Krebstiere: Daphniidae (Wasserflöhe), Artemia sp.
Ringelwürmer: Lumbricus sp., Tubifex sp., Arenicola sp. (Sandwurmarten), Spirorbis sp. (Posthörnchenwurm); Serpula sp. besitzt Hämoglobin und Chlorocruorin
Fadenwürmer: Ascaris sp. (Spulwürmer)
Plattwürmer: Saugwürmer
Einzeller (Protozoen): Paramecium sp. (Pantoffeltierchen), Tetrahymena sp.
Hefen, Pilze (Neurospora), Azotobacter sp. (Wurzelbakterien der Leguminosen, z. B.: Luzerne, Klee)

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Wirth, Prof. Dr. Volkmar (V.W.)
Wolf, Dr. Matthias (M.Wo.)
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