Nogle af de store brunalger bruger carbonmonoxid som opdriftsmiddel i deres flydeblærer, mennesket producerer samme forbindelse som et hormon på trods af giftigheden.
Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2004 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder. Se relaterede artikler nederst på siden.
Af Carsten Christophersen
Kæmpealgen Nereocystis luetkeana, der hører til de største og hurtigst voksende marine alger, kan blive mere end 40 m høj. Den holder sig flydende vha. en ballonformet, luftfyldt blære. Helt uventet indeholder luften i blæren 2–12 volumen% giftigt carbonmonoxid, CO. Det blev beskrevet allerede i 1935, men det er stadigt gådefuldt, hvor det kommer fra. Siden carbonmonoxid findes inde i blæren, antages det, at planten selv danner det. Og siden der hele tiden må ske tab ved lækage gennem cellevægen, så må algen stadig producere ny CO for at holde sig oprejst fra sit fæste på en sten på bunden.
Nereocystis høstes i Californien og bruges til fremstilling af alginater, der er polymere sukkerarter med høj molekylvægt. Nereocystis har vist rekordhøje væksthastigheder på over 25 cm dagligt.
Brunalger danner CO
Evnen til at danne CO er udbredt blandt brunalger, men i vidt forskelligt omfang. Blæretang (Fucus vesiculosus) danner omkring 0,02 mg CO/kg tørvægt/time, mens det tilsvarende tal for sukkertang (Laminaria saccharina) kan nå op på 4 mg CO/kg/time.
Men kun inden for tre slægter, hvor Nereocystis er den ene, ophobes CO i blærerne. Den biokemiske proces, der er ansvarlig for dannelsen, er ukendt. Det er ikke tilfældet hos den kolonidannende mikroalge Botryococcus braunii, der er kendt for et højt indhold af carbonhydrider – indtil 32% af tørvægten. Disse carbonhydrider består hovedsageligt af forbindelser med 27, 29 eller 31 carbonatomer. De er dannet ud fra aldehyder med et carbon mere ved fraspaltning af CO. Decarbonyleringen katalyseres af enzymet decarbonylase. Det er dog næppe denne reaktion, der er ansvarlig for CO-dannelsen hos Nereocystis, som ikke har store mængder carbonhydrider.
I 1963 blev der offentliggjort en afhandling, der konkluderede, at CO-dannelsen i alger og andre planter sikkert er en non-enzymatisk reaktion. Der blev isoleret en negativt ladet forbindelse ved hydrolyse med svovlsyre. Dette stof fraspalter CO, og det indeholder sikkert en o-dihydroxygruppering. Et benzoylderivat antydede en molekylvægt på kun 381±20. Der findes ikke senere undersøgelser, der kaster mere lys over problemet.
Det gør mennesker også
Carbonmonoxid er trods giftigheden et hormon hos mennesket. Denne overraskende opdagelse er kun få år gammel. Undersøgelserne har været meget vanskelige, og det er ikke klarlagt, hvilke funktioner CO helt præcist styrer, men det virker udvidende på blodårer. I det tilfælde kendes dannelsesmekanismen, idet en enzymkatalyseret oxidation af hæmstrukturen i blodets farvestof fører til en hydroxyleret forbindelse, der fraspalter CO.
Giftigt og udbredt
Carbonmonoxid, kulmonoxid, kulilte eller kulos, CO, er en giftig, brandbar, usynlig og lugtfri gas. Den dannes ved ufuldstændig forbrænding af organiske forbindelser som f.eks. i benzinmotorer eller ved rygning. I laboratoriet fås den let ved vandfraspaltning fra myresyre.
I Danmark ligger antallet af registrerede behandlingskrævende forgiftninger ret konstant omkring 250 årligt. Da CO binder mere end 200 gange stærkere end ilt til blodets røde hæmoglobin i et stabilt kompleks, er det svært at slippe af med, når det først er dannet. Blodets iltindhold nedsættes, og i svære tilfælde resulterer det i kvælning, uafhængigt af hvor meget patienten ånder. Sådanne tilfælde behandles med ren ilt i trykkammer – hyperbar iltbehandling. Lettere tilfælde er almindelige hos rygere, der har omkring 10% af hæmoglobinet inaktiveret ved dagligt at ryge 30 cigaretter. En anden kilde til dannelsen af CO-hæmoglobin er luftforurening fra benzindrevne biler. EU har vedtaget grænseværdier på 10 mg/m3, målt over otte timer til ikrafttræden i 2005. Grænseværdien ifølge »Kemikaliebrugsanvisningen« er 29 mg CO/m3, hvilket svarer til 25 ppm.
Kilder og noter:
G. B. Rigg og B. S. Henry American Journal of Botany 1935 Bind 22 side 362-5. Origin of the gases in the float of the bladder kelp.
M. W. Dennis og P. E. Kolattukudy Archives of Biochemistry and Biophysics 1991 Bind 287 side 268-75. Alkane biosynthesis by decarbonylation of aldehyde catalyzed by a microsomal preparation from Botryococcus braunii.
G. M. King Marine Ecology Progress Series 2001 Bind 224 side 69-75. Aspects of carbon monoxide production and oxidation by marine macroalgae.
J. Nishimoto 1969 Pacific Science Bind 23 side 397-398. Two sea urchins found inside the air bladder of the bull kelp (Nereocystis luetkeana). Artiklen beskriver fundet af to søpindsvin inden i en frisk åbnet flydeblære. Hvordan de kom derind, hvad de levede af, hvad de foretog sig, og hvordan de overlevede i en giftig gas uden havvand står hen i det uvisse. Lignende observationer er aldrig beskrevet hverken før eller senere.
M. W. Loewus og C. C. Delwiche Plant Physiology 1963 Bind 38 side 371-4. Carbon monoxide production by algae.
D. E. Metzler og C. M. Metzler 2003 Biochemistry, the chemical reaction of living cells. Academic Press, San Diego, California.
Store brunalger ved Roscoff, Bretagne. Ved ebbe er algerne lige til at samle fra stranden.
Foto: Marianne Pereira.
Enzymerne hæm oxygenaser katalyserer nedbrydningen af hæm, I hjernen frigører hæm oxygenase 2, der findes koncentreret i visse nerveceller, CO. Samme enzym katalyserer både hydroxyleringen af hæm til α-hydroxyhæm og den efterfølgende reaktion, hvor CO frigøres.
