Autor przebywa obecnie na krótkim urlopie w domu – o personalnych zawirowaniach i potencjalnych zmianach w blogowaniu z tym związanych więcej może pod koniec miesiąca. Do tematu jednak: pobyt w domu oznacza oczywiście wizyty u wszystkich znajomych, rodziny i innych okoliczności. Towarzyszą tym spotkaniom rozmowy czasem bardzo dziwne. I tak też wczoraj w trakcie wizyty u moich dobrych przyjaciół padło – skierowane ostatecznie do mnie – pytanie, które stało się inspiracją dla Molekuły Miesiąca.
A mianowicie: czy to prawda, że pióra flamingów są tak naprawdę białe, a koloru nabierają od morskiego różowego jedzenia (krabów, krewetek i innych pyszności), którym żywią się te ptaki?
Brzmi jak ściema? Nie tym razem.
Przede wszystkim należy tutaj zadać pytanie, co odpowiada za dziwne i dość jaskrawe kolory niektórych organizmów. Z roślinami mamy zazwyczaj mniej problemów: wielu z nas będzie jeszcze pamiętać z umęczonych lekcji biologii w podstawówce te nieznośne karoteny odpowadające na przykład za kolor marchewki, te żółto-czerwone ksantofile, te chlorofile odpowiedzialne w dużej mierze za życie na naszej planecie. Kolor nadawany roślinom, glonom i grzybom przez te barwniki wynika z ich struktury chemicznej – posiadania często różnych aromatycznych pierścieni albo ciągów wiązań podwójnych, których obecność zmienia strukturę elektronową związków i powoduje, że zaczynają absorbować światło w zakresie widzialnym.
Problem jednak w tym, że wszystkie te barwniki, chociaż tak powszechne w świecie roślinnym, nie są produkowane przez zwierzęta: wiele z nich jest zresztą niezbędnymi dla nas witaminami. Dlatego też wszystkie tego typu związki znajdowane w zwierzętach o różnych stopniu zaawansowania pochodzą z organizmów znacznie prostszych – ale zdolnych do ich syntezy. Tak więc kolor krewetek – kwestia wyraźnie arcyciekawa, bo przyglądano się jej już 50 lat temu – pochodzi od keto-karotenoidów (czyli barwników karotenoidowych, które chemicznie są ketonami). W 1965 roku Norman Krinsky opisał swoje badania małego krewetkopodobnego skorupiaka, słonaczka: odkrył, że barwniki obecne w słonaczku to przede wszystkim dwa keto-karotenoidy, kantaksantyna i echinenon, przy czym tej pierwszej było blisko dwadzieścia razy więcej.
Kantaksantyna, ksantofil bardzo powszechnie występujący w naturze, zbudowany jest z 40 atomów węgla, 52 atomów wodoru i dwóch tlenów. Po raz pierwszy wyizolowano ją z jadalnych grzybów, ale obecna jest także w glonach, bakteriach, skorupiakach i rybach. W Unii Europejskiej jest powszechnie stosowanym dodatkiem do karmy dla pstrąga, łososia i… drobiu.
Za syntezę kantaksantyny – i jej nieco cenniejszej pochodnej, astaksantyny – odpowiedzialne są dwa enzymy: ketolaza β-karotenu i hydroksylaza β-karotenu. Oba te białka działają tak, jak mówi instrukcja: modyfikują β-karoten i dalsze jego pochodne albo dodając do nich grupy hydroksylowe (-OH) albo też dodając do nich grupę ketonową (=O). Innymi słowy, utleniają one karotenoidy wytwarzając kantaksantynę właśnie, jak również echinenon, zeaksantynę i astaksantynę.
Wracając do flamingów: rzeczywiście, różowy kolor skrzydeł pochodzi właśnie od kantaksantyny, której, jak już podkreślałem, same ptaki nie są w stanie zsyntetyzować. Związek przyswajają wraz z jedzeniem. Znanych jest nam wiele sposobów syntezy kantaksantyny – i nie dziwota, gdyż jest ona jednym z zaledwie 8 spośród 700 znanych nam karotenoidów, które produkowane są na skalę przemysłową. Jak jednak donoszą niektóre źródła (chociaż mam co do nich mieszane uczucia), kantaksantynę pozyskuje się jednak najczęściej bezpośrednio z piór flamingów.
I tutaj kończy się dzisiejsza historia kantaksantyny. Żeby jednak co bardziej oczytanych i objedzonych krewetkami Czytaczek i Czytaczy nie zostawić z poczuciem zdrady i niedopowiedzenia, uprzedzę następujące pytanie: skoro kantaksantyna występuje w skorupiakach, to czemu tak wiele z nich jest szarawe, a różowe staje się dopiero w trakcie gotowania?
Otóż właściwości optyczne barwników karotenoidowych akumulowanych przez skorupiaki są modyfikowane przez nieposiadające polskiej nazwy białko – ang. crustacyanin. Białko to zmienia zakres promieniowania, w jakim światło widzialne absorbują te barwniki, co nadaje zwierzętom niebieskawy odcień. Podczas gotowania gdy białko ulega denaturacji, karotenoidy są uwalniane i wracają do swojego naturalnego czerwonego koloru.
Krinsky, N. (1965). The carotenoids of the brine shrimp, Artemia salina. Comparative Biochemistry and Physiology, 16 (2), 181-187 DOI: 10.1016/0010-406X(65)90057-5
Scaife, M., Burja, A., & Wright, P. (2009). Characterization of cyanobacterial β-carotene ketolase and hydroxylase genes in, and their application for astaxanthin biosynthesis. Biotechnology and Bioengineering, 103 (5), 944-955 DOI: 10.1002/bit.22330
Rüttimann, A. (1999). Dienolether condensations–a powerful tool in carotenoid synthesis Pure and Applied Chemistry, 71 (12), 2285-2293 DOI: 10.1351/pac199971122285
Fox, D., Wolfson, A., & McBeth, J. (1969). Metabolism of β-carotene in the American flamingo, Phoenicopterus ruber Comparative Biochemistry and Physiology, 29 (3), 1223-1229 DOI: 10.1016/0010-406X(69)91026-3
Cazzonelli, C. (2011). Goldacre Review: Carotenoids in nature: insights from plants and beyond Functional Plant Biology, 38 (11) DOI: 10.1071/FP11192
nic prostszego 