The role of blood pigments in the delivery of oxygen to tissues

Kurzfassung

Die Art und Weise, in welcher die Hämoglobine als Sauerstoffüberträger im Wirbeltierblut funktionieren, ist wohlbekannt. Die spezifischen Eigenschaften der Wirbeltier-Hämoglobine sind wohl abgestimmt auf die physiologischen Ansprüche der betreffenden Arten und auf deren Umweltsituationen. Studien über die Hämocyanine der Arthropoden und Mollusken dagegen deuten darauf hin, da§ das Ausmaß vergleichbarer Korrelationen bei den bisher untersuchten Arten erheblich variiert. Häufig zeigen der Verlauf der Sauerstoffdissoziationskurve und dessen Veränderungen in Abhängigkeit vom pH keine augenfälligen Beziehungen zur Stoffwechselintensität, Umgebungstemperatur oder zum Sauerstoffangebot. Es wird angenommen, daß die Hämocyanine und andere Blutatmungspigmente der Wirbellosen variable Stadien in der funktionellen Evolution dieser Substanzen darstellen, wobei die Primärfunktion bei vielen Wirbellosen die Erhaltung starker Sauerstoffdiffusionsgradienten über die respiratorischen Oberflächen ist. Ladungsspannungen sowie Art und Ausmaß des Bohreffekts sind möglicherweise korreliert mit dem Wirkungsgrad und der Zugänglichkeit der Kiemen, wie auch der Natur des Kreislaufsystems.

Summary

1. The detailed manner in which the blood respiratory pigments of many invertebrates function is not well understood.

2. The hemocyanins of the cephalopods studied appear to function in gas transport much like the hemoglobins of the vertebrates although these hemocyanins possess a much larger Bohr effect.

3. The properties of the hemocyanins of the crustacea are fairly uniform but those of the mollusca vary considerably.

4. The hemocyanins of the chitons have relatively high half-saturation oxygen pressures. They may show a normal or reverse Bohr effect, or none at all. Regardless of the direction of the effect, however, these hemocyanins are relatively insensitive to small changes of pH.

5. The hemocyanins of marine snails studied have lower half-saturation pressures and all exhibited a reverse Bohr effect.

6. It is suggested that:(a) the properties of the hemocyanins are related to metabolic rate, accessibility and effectiveness of the gills, and the nature of the circulatory system;(b) an important function of many invertebrate blood pigments is to maintain a large oxygen diffusion gradient across the respiratory surface;(c) the reverse Bohr effect may aid in the internal distribution of oxygen to more rapidly metabolizing snail tissues when circulation is slowed or stopped.

7. A possible functional evolution of blood respiratory pigments is described.