Meer informatie: dienst Interne en Externe Communicatie, tel. 071-5273282
Persbericht
Universiteit Leiden
21 januari 2005
Kreeft bekent kleur
Leidse chemici hebben ontdekt waarom een levende kreeft donkerblauw
is, maar vuurrood wordt in een pan met kokend water. Deze kleuromslag
is een van de meest spectaculaire die de natuur kent, en houdt de
gemoederen van chemici en biologen al meer dan vijftig jaar bezig. De
hoofdvraag is niet waarom een kreeft bij verhitting rood wordt. Bekend
is dat de rode kleur wordt veroorzaakt doordat een eiwit bij
verhitting kapot gaat, waardoor een rode kleurstof vrij komt. Wat nog
niet bekend was: waarom geeft de binding van een kleurloos eiwit met
een rode kleurstof de levende kreeft een donkerblauwe (schut-)kleur?
Met een combinatie van technieken, waarbij computerberekeningen de
doorslag hebben gegeven, is nu aangetoond dat de blauwe kleur van de
kreeft voornamelijk wordt veroorzaakt door interactie tussen rode
kleurstofmoleculen in het eiwit.
---
Kleurloos
Een kreeft in zee is niet rood maar blauw. Rood wordt een kreeft pas
als hij gekookt wordt. Dit is een van de grootste kleurveranderingen
die de natuur kent. Het is bekend dat in kreeften een eiwit zit
(crustacyanine), met daarin steeds twee moleculen van een
caroteen-achtige rode kleurstof: astaxanthine. Bij het koken van de
kreeft gaat het eiwit kapot en komt het rode astaxanthine vrij. Maar
hoe kan het dat een rode kleurstof bij binding aan een kleurloos eiwit
een blauwe kleur geeft? Al meer dan vijftig jaar wordt het probleem
van deze kleurverandering onderzocht, maar een afdoende verklaring was
er nog niet.
Lading
Kleur komt door opname van licht met een specifieke energie, en
daarmee met een bepaalde golflengte (Energie ~ 1/golflengte).
Verandering van kleur komt tot stand door een verandering in
energieniveaus van moleculen. Daardoor kan licht van een andere
golflengte worden geabsorbeerd. Wat de kreeft betreft is lang gedacht
dat die verandering in energieniveaus het gevolg was van een positieve
lading die in het systeem wordt gebracht bij binding van de kleurstof
in het eiwit. De onderzoekers toonden met NMR-analyse aan dat dit niet
het geval is.
Exciton interacties
In samenwerking met natuurkundigen uit Twente konden Leidse chemici
met verschillende technieken (organische synthese, vaste stof NMR,
Raman spectroscopie en computerberekeningen) de kleurverandering
bestuderen. Theoreticus Francesco Buda ontdekte met behulp van
computerberekeningen dat de kleurverandering voor 70% veroorzaakt
wordt door exciton interacties tussen twee astaxanthine-moleculen
zelf, en slechts voor 30% door interacties van die moleculen met het
kleurloze eiwit.
Dipool
Het gaat hier om zogenoemde overgangs dipool-dipool interacties, ook
wel exciton interacties genoemd. Door interacties tussen de rode
astaxanthines, die in het eiwit dicht tegen elkaar aan komen te
liggen, worden de energieniveaus in de aangeslagen toestand
opgesplitst, waardoor licht met een andere energie (en dus kleur)
wordt opgenomen.
Vergeten hypothese
Chemicus van Arjan van Wijk: Computerberekeningen zijn een mooie
manier om energieniveaus in moleculen te bepalen. Experimenteel is dat
lastig te doen. Het opvallende is wel dat al in 1968 de interactie van
kleurstoffen onderling een belangrijke verdachte was, maar die
hypothese is daarna vergeten. Met de computerberekeningen kunnen
eerdere experimentele data opeens heel goed verklaard worden.
Visafslag
Waarom gaat een chemicus, die ook nog vegetariër is, naar de visafslag
om kreeften in te kopen? Van Wijk: we startten met het
kreeftenonderzoek omdat we de grote kleurverandering van retinal in
het oog beter wilde begrijpen. Maar het eiwit in het oog bleek tot een
andere groep te behoren dan het relevante eiwit in de kreeft, en het
gedraagt zich ook anders'. De nieuwe kennis over de kreeft kan echter
wel weer gebruikt worden om andere interacties tussen kleurstoffen en
eiwitten te bestuderen. Daarnaast kan de opgedane kennis misschien
leiden tot een scala aan natuurlijke kleurstoffen. Blauwe kleurstoffen
zijn immers vrij zeldzaam in de natuur.
Arjan A.C. van Wijk e.a., Spectroscopy and Quantum Chemical Modeling
Reveal a Predominant Contribution of Excitonic Interactions to the
Bathochromic Shift in -Crustacyanin, the Blue Carotenoprotein in the
Carapace of the Lobster Homarus gammarus , Journal of the American
Chemical Society 5-2-2005.
Het artikel op het web
Informatie:
Arjan van Wijk of Francesco Buda, 071-527 5723
mail: f.buda@chem.leidenuniv.nl
Of: wetenschapsvoorlichters Universiteit Leiden, 071527 3282
mail: wetenschap@ICS.LeidenUniv.nl