Naukowcy wiedzą, czym są pigmenty roślinne - zielony i fioletowy, żółty i czerwony. Pigmenty roślinne nazywane są cząsteczkami organicznymi, które znajdują się w tkankach, komórkach organizmu roślinnego - to dzięki takim inkluzjom nabierają koloru. W naturze chlorofil występuje częściej niż inne, który jest obecny w ciele każdej rośliny wyższej. Pomarańczowy, czerwonawy odcień, żółtawe odcienie zapewniają karotenoidy.
I więcej szczegółów?
Pigmenty roślinne znajdują się w chromo-, chloroplastach. W sumie współczesna nauka zna kilkaset odmian tego typu związków. Do fotosyntezy potrzebny jest imponujący procent wszystkich odkrytych cząsteczek. Jak wykazały testy, pigmenty są źródłem retinolu. Odcienie różu i czerwieni, wariacje kolorów brązowych i niebieskawych zapewnia obecność antocyjanów. Takie pigmenty obserwuje się w soku z komórek roślinnych. Kiedy dni stają się krótsze w zimnych porach roku,pigmenty reagują z innymi związkami obecnymi w ciele rośliny, powodując zmianę koloru wcześniej zielonych części. Liście drzew stają się jasne i kolorowe - tej samej jesieni, do której jesteśmy przyzwyczajeni.
Najbardziej znany
Prawdopodobnie prawie każdy uczeń szkoły średniej wie o chlorofilu, barwniku roślinnym niezbędnym do fotosyntezy. Dzięki temu związkowi przedstawiciel świata roślin może pochłaniać światło słoneczne. Jednak na naszej planecie nie tylko rośliny nie mogą istnieć bez chlorofilu. Jak wykazały dalsze badania, związek ten jest absolutnie niezbędny dla ludzkości, gdyż zapewnia naturalną ochronę przed procesami nowotworowymi. Udowodniono, że pigment hamuje działanie czynników rakotwórczych i gwarantuje ochronę DNA przed mutacjami pod wpływem związków toksycznych.
Chlorofil to zielony barwnik roślinny, chemicznie reprezentujący cząsteczkę. Jest zlokalizowany w chloroplastach. To dzięki takiej cząsteczce obszary te są zabarwione na zielono. W swojej strukturze cząsteczka jest pierścieniem porfirynowym. Dzięki tej specyfice pigment przypomina hem, który jest elementem strukturalnym hemoglobiny. Kluczowa różnica tkwi w centralnym atomie: w hemie jego miejsce zajmuje żelazo, w przypadku chlorofilu najważniejszy jest magnez. Naukowcy po raz pierwszy odkryli ten fakt w 1930 roku. Zdarzenie miało miejsce 15 lat po tym, jak Willstatter odkrył substancję.
Chemia i biologia
Po pierwsze, naukowcy odkryli, że zielony pigment w roślinach występuje w dwóch odmianach, którym nadano nazwy dla dwóchpierwsze litery alfabetu łacińskiego. Różnica między odmianami, choć niewielka, nadal istnieje i jest najbardziej widoczna w analizie łańcuchów bocznych. Dla pierwszej odmiany swoją rolę odgrywa CH3, dla drugiego typu - CHO. Obie formy chlorofilu należą do klasy aktywnych fotoreceptorów. Dzięki nim roślina może pochłaniać składnik energetyczny promieniowania słonecznego. Następnie zidentyfikowano trzy kolejne typy chlorofilu.
W nauce zielony barwnik roślin nazywa się chlorofilem. Badając różnice między dwiema głównymi odmianami tej cząsteczki, tkwiącymi w wyższej wegetacji, stwierdzono, że długości fal, które mogą być absorbowane przez pigment, są nieco inne dla typów A i B. W rzeczywistości, zdaniem naukowców, odmiany skutecznie uzupełniają każdą z nich. inne, zapewniając w ten sposób roślinie zdolność do maksymalizacji pochłaniania wymaganej ilości energii. Zwykle pierwszy rodzaj chlorofilu jest zwykle obserwowany w trzykrotnie wyższym stężeniu niż drugi. Razem tworzą zielony pigment roślinny. Trzy inne typy występują tylko w starożytnych formach roślinności.
Cechy cząsteczek
Badanie struktury barwników roślinnych wykazało, że oba typy chlorofilu są cząsteczkami rozpuszczalnymi w tłuszczach. Odmiany syntetyczne wytworzone w laboratoriach rozpuszczają się w wodzie, ale ich wchłanianie w organizmie jest możliwe tylko w obecności związków tłuszczowych. Rośliny wykorzystują pigment, aby zapewnić energię do wzrostu. W diecie ludzi stosowany w celu regeneracji.
Chlorofil, jakhemoglobina może normalnie funkcjonować i wytwarzać węglowodany po połączeniu z łańcuchami białkowymi. Wizualnie białko wydaje się formacją bez wyraźnego systemu i struktury, ale w rzeczywistości jest poprawne i dlatego chlorofil może stabilnie utrzymywać swoją optymalną pozycję.
Funkcje aktywności
Naukowcy, badając ten główny pigment roślin wyższych, odkryli, że znajduje się on we wszystkich warzywach: na liście znajdują się warzywa, glony, bakterie. Chlorofil to całkowicie naturalny związek. Z natury ma właściwości protektora i zapobiega przekształceniom, mutacji DNA pod wpływem toksycznych związków. Specjalne prace badawcze zorganizowano w Indyjskim Ogrodzie Botanicznym w Instytucie Badawczym. Jak odkryli naukowcy, chlorofil pozyskiwany ze świeżych ziół może chronić przed toksycznymi związkami, patologicznymi bakteriami, a także łagodzi aktywność stanów zapalnych.
Chlorofil jest krótkotrwały. Te cząsteczki są bardzo delikatne. Promienie słoneczne prowadzą do śmierci pigmentu, ale zielony liść jest w stanie wygenerować nowe i nowe molekuły, które zastąpią te, które służyły swoim towarzyszom. W sezonie jesiennym nie produkuje się już chlorofilu, więc liście tracą kolor. Na pierwszy plan wysuwają się inne pigmenty, wcześniej ukryte przed oczami zewnętrznego obserwatora.
Nie ma ograniczeń co do różnorodności
Różnorodność barwników roślinnych znanych współczesnym badaczom jest wyjątkowo duża. Z roku na rok naukowcy odkrywają coraz więcej nowych cząsteczek. Stosunkowo niedawno przeprowadzonebadania umożliwiły dodanie trzech kolejnych typów do dwóch wymienionych powyżej odmian chlorofilu: C, C1, E. Jednak nadal uważa się za najważniejszy typ A. Ale karotenoidy są nawet bardziej zróżnicowane. Ta klasa pigmentów jest dobrze znana nauce - to dzięki nim korzenie marchwi, wiele warzyw, cytrusów i inne dary świata roślinnego nabierają odcieni. Dodatkowe testy wykazały, że kanarki mają żółte pióra z powodu karotenoidów. Nadają również kolor żółtku jaja. Ze względu na obfitość karotenoidów mieszkańcy Azji mają specyficzny odcień skóry.
Ani człowiek, ani przedstawiciele świata zwierzęcego nie mają takich cech biochemicznych, które pozwalałyby na produkcję karotenoidów. Substancje te pojawiają się na bazie witaminy A. Świadczą o tym obserwacje barwników roślinnych: jeśli kurczak nie otrzymał wegetacji wraz z pokarmem, żółtka jaj będą miały bardzo słaby odcień. Jeśli kanarek był karmiony dużą ilością pokarmu wzbogaconego czerwonymi karotenoidami, jego pióra przyjmą jasny odcień czerwieni.
Ciekawe cechy: karotenoidy
Żółty pigment w roślinach to karoten. Naukowcy odkryli, że ksantofile zapewniają czerwony odcień. Liczba przedstawicieli tych dwóch typów znanych środowisku naukowemu stale rośnie. W 1947 naukowcy znali około siedmiu tuzinów karotenoidów, a do 1970 było ich już ponad dwieście. W pewnym stopniu jest to zbliżone do postępu wiedzy w dziedzinie fizyki: najpierw wiedzieli o atomach, potem elektronach i protonach, a następnie odkrylinawet mniejsze cząstki, do oznaczenia których używane są tylko litery. Czy można mówić o cząstkach elementarnych? Jak wykazały badania fizyków, jest za wcześnie na używanie takiego terminu – nauka nie została jeszcze rozwinięta na tyle, by można było je znaleźć, jeśli w ogóle. Podobna sytuacja rozwinęła się z pigmentami - z roku na rok odkrywane są nowe gatunki i typy, a biolodzy są tylko zaskoczeni, nie potrafiąc wyjaśnić wielostronności natury.
O funkcjach
Naukowcy zajmujący się pigmentami roślin wyższych nie potrafią jeszcze wyjaśnić, dlaczego i dlaczego natura stworzyła tak szeroką gamę cząsteczek pigmentów. Ujawniono funkcjonalność niektórych poszczególnych odmian. Udowodniono, że karoten jest niezbędny do zapewnienia bezpieczeństwa cząsteczek chlorofilu przed utlenianiem. Mechanizm ochronny wynika z właściwości tlenu singletowego, który powstaje podczas reakcji fotosyntezy jako produkt dodatkowy. Ten związek jest bardzo agresywny.
Kolejną cechą żółtego pigmentu w komórkach roślinnych jest jego zdolność do zwiększania odstępu długości fali wymaganego w procesie fotosyntezy. W tej chwili taka funkcja nie została dokładnie udowodniona, ale przeprowadzono wiele badań sugerujących, że ostateczny dowód hipotezy nie jest odległy. Promienie, których zielony pigment roślinny nie może wchłonąć, są pochłaniane przez cząsteczki żółtego pigmentu. Energia jest następnie kierowana do chlorofilu w celu dalszej transformacji.
Pigmenty: tak różne
Z wyjątkiem niektórychodmiany karotenoidów, pigmenty zwane auronami, chalkony mają żółtą barwę. Ich budowa chemiczna jest pod wieloma względami podobna do flawonów. Takie pigmenty nie występują zbyt często w przyrodzie. Zostały znalezione w listkach, kwiatostanach szczawików i lwiej paszczy, zapewniają kolor coreopsis. Takie pigmenty nie tolerują dymu tytoniowego. Jeśli odkadzisz roślinę papierosem, natychmiast zmieni kolor na czerwony. Synteza biologiczna zachodząca w komórkach roślinnych z udziałem chalkonów prowadzi do powstania flawonoli, flawonów, auronów.
Zarówno zwierzęta, jak i rośliny mają melaninę. Pigment ten nadaje włosom brązowy odcień, to dzięki niemu loki mogą stać się czarne. Jeśli komórki nie zawierają melaniny, przedstawiciele świata zwierząt stają się albinosami. W roślinach barwnik znajduje się w skórce czerwonych winogron oraz w niektórych kwiatostanach w płatkach.
Niebieski i więcej
Roślinność zyskuje niebieski odcień dzięki fitochromowi. Jest to białkowy barwnik roślinny odpowiedzialny za kontrolę kwitnienia. Reguluje kiełkowanie nasion. Wiadomo, że fitochrom może przyspieszyć kwitnienie niektórych przedstawicieli świata roślin, podczas gdy inni mają odwrotny proces spowolnienia. W pewnym stopniu można go porównać do zegara, ale biologicznego. W tej chwili naukowcy nie znają jeszcze wszystkich szczegółów mechanizmu działania pigmentu. Stwierdzono, że struktura tej cząsteczki jest dostosowywana do pory dnia i światła, przekazując roślinie informację o poziomie światła w środowisku.
Niebieski pigment wrośliny - antocyjany. Istnieje jednak kilka odmian. Antocyjany dają nie tylko kolor niebieski, ale także różowy, wyjaśniają również kolory czerwony i liliowy, czasem ciemny, bogaty fiolet. Aktywne wytwarzanie antocyjanów w komórkach roślinnych obserwuje się, gdy temperatura otoczenia spada, wytwarzanie chlorofilu ustaje. Kolor liści zmienia się z zielonego na czerwony, czerwony, niebieski. Dzięki antocyjanom róże i maki mają jasne, szkarłatne kwiaty. Ten sam pigment wyjaśnia odcienie kwiatostanów geranium i bławatka. Dzięki niebieskiej odmianie antocyjanów dzwonki mają delikatny kolor. Pewne odmiany tego typu pigmentu obserwuje się w winogronach, czerwonej kapuście. Antocyjany zapewniają wybarwienie tarniny, śliwek.
Jasne i ciemne
Znany żółty pigment, który naukowcy nazwali antochlorem. Został znaleziony w skórze płatków pierwiosnka. Antochlor znajduje się w pierwiosnkach, kwiatostanach barana. Są bogate w maki odmian żółtych i dalie. Ten pigment nadaje przyjemny kolor kwiatostanom ropuchy, owocom cytryny. Został zidentyfikowany w kilku innych zakładach.
Anthofein jest z natury stosunkowo rzadki. To jest ciemny pigment. Dzięki niemu na koronie niektórych roślin strączkowych pojawiają się specyficzne plamy.
Wszystkie jasne pigmenty zostały stworzone przez naturę dla specyficznego zabarwienia przedstawicieli świata roślin. Dzięki tej kolorystyce roślina przyciąga ptaki i zwierzęta. Zapewnia to rozprzestrzenianie się nasion.
Informacje o komórkach i strukturze
Próbuję ustalićjak bardzo kolor roślin zależy od pigmentów, jak te cząsteczki są ułożone, dlaczego cały proces pigmentacji jest konieczny, naukowcy odkryli, że w ciele rośliny obecne są plastydy. Tak nazywa się małe ciała, które mogą być kolorowe, ale też bezbarwne. Takie małe ciałka są tylko i wyłącznie wśród przedstawicieli świata roślinnego. Wszystkie plastydy podzielono na chloroplasty o zielonym odcieniu, chromoplasty barwione w różnych odmianach widma czerwonego (w tym odcienie żółte i przejściowe) oraz leukoplasty. Te ostatnie nie mają żadnych odcieni.
Normalnie komórka roślinna zawiera jedną odmianę plastydów. Eksperymenty wykazały zdolność tych ciał do przekształcania się z typu na typ. Chloroplasty znajdują się we wszystkich organach roślin zabarwionych na zielono. Leukoplasty częściej obserwuje się w częściach ukrytych przed bezpośrednim działaniem promieni słonecznych. Jest ich wiele w kłączach, znajdują się w bulwach, cząstkach sitowych niektórych rodzajów roślin. Chromoplasty są typowe dla płatków, dojrzałych owoców. Błony tylakoidowe są wzbogacone w chlorofil i karotenoidy. Leukoplasty nie zawierają cząsteczek pigmentu, ale mogą być miejscem procesów syntezy, gromadzenia związków odżywczych - białek, skrobi, sporadycznie tłuszczów.
Reakcje i przekształcenia
Badając pigmenty fotosyntetyczne roślin wyższych, naukowcy odkryli, że chromoplasty są zabarwione na czerwono, ze względu na obecność karotenoidów. Ogólnie przyjmuje się, że chromoplasty są ostatnim krokiem w rozwoju plastydów. Pojawiają się prawdopodobnie podczas transformacji leuko-, chloroplastów, gdy się starzeją. W dużej mierzeobecność takich cząsteczek decyduje o kolorze liści jesienią, a także o jasnych, przyjemnych dla oka kwiatach i owocach. Karotenoidy są produkowane przez glony, plankton roślinny i rośliny. Mogą być generowane przez niektóre bakterie, grzyby. Karotenoidy odpowiadają za barwę żywych przedstawicieli świata roślin. Niektóre zwierzęta posiadają systemy biochemii, dzięki którym karotenoidy są przekształcane w inne cząsteczki. Surowiec do takiej reakcji uzyskuje się z pożywienia.
Według obserwacji różowych flamingów ptaki te zbierają i filtrują spirulinę i inne glony, aby uzyskać żółty pigment, z którego następnie pojawiają się kantaksantyna i astaksantyna. To właśnie te cząsteczki nadają upierzeniu ptaków tak piękny kolor. Wiele ryb i ptaków, raków i owadów ma jasny kolor dzięki karotenoidom, które otrzymuje się z pożywienia. Beta-karoten jest przekształcany w niektóre witaminy, które są wykorzystywane z korzyścią dla człowieka - chronią oczy przed promieniowaniem ultrafioletowym.
Czerwony i zielony
Mówiąc o fotosyntetycznych pigmentach roślin wyższych, należy zauważyć, że mogą one pochłaniać fotony fal świetlnych. Należy zauważyć, że dotyczy to tylko części widma widocznego dla ludzkiego oka, czyli dla długości fali w zakresie 400-700 nm. Cząstki roślinne mogą wchłonąć tylko kwanty, które mają wystarczające rezerwy energii do reakcji fotosyntezy. Za wchłanianie odpowiadają wyłącznie pigmenty. Naukowcy badali najstarsze formy życia w świecie roślin - bakterie, glony. Ustalono, że zawierają różne związki, które mogą przyjmować światło w widmie widzialnym. Niektóre odmiany mogą odbierać fale świetlne promieniowania, które nie jest postrzegane przez ludzkie oko - z bloku bliskiego podczerwieni. Oprócz chlorofilów taka funkcjonalność jest z natury przypisana bakteriorodopsynie, bakteriochlorofilom. Badania wykazały znaczenie dla reakcji syntezy fikobilin, karotenoidów.
Różnorodność pigmentów fotosyntetycznych roślin różni się w zależności od grupy. Wiele zależy od warunków, w jakich żyje forma życia. Przedstawiciele wyższego świata roślin mają mniejszą różnorodność pigmentów niż ewolucyjnie starożytne odmiany.
O czym to jest?
Badanie fotosyntetycznych pigmentów roślin wykazało, że wyższe formy roślin mają tylko dwie odmiany chlorofilu (wspomniane wcześniej A, B). Oba te typy to porfiryny zawierające atom magnezu. Są one głównie zawarte w kompleksach zbierających światło, które pochłaniają energię świetlną i kierują ją do centrów reakcji. Ośrodki zawierają stosunkowo niewielki procent całkowitego chlorofilu typu 1 obecnego w roślinie. Tutaj zachodzą pierwotne interakcje charakterystyczne dla fotosyntezy. Chlorofilowi towarzyszą karotenoidy: jak odkryli naukowcy, zwykle jest ich pięć odmian, nie więcej. Te elementy również zbierają światło.
Rozpuszczone, chlorofile, karotenoidy to barwniki roślinne, które mają wąskie pasma absorpcji światła, które są dość daleko od siebie. Chlorofil ma zdolność najefektywniejszego działaniapochłaniają fale niebieskie, mogą pracować z czerwonymi, ale bardzo słabo wychwytują zielone światło. Rozszerzenie widma i nakładanie się zapewniają chloroplasty wyizolowane z liści rośliny bez większych trudności. Membrany chloroplastowe różnią się od roztworów tym, że składniki barwiące łączą się z białkami, tłuszczami, reagują ze sobą, a energia migruje między kolektorami a ośrodkami akumulacji. Jeśli weźmiemy pod uwagę widmo absorpcji światła liścia, okaże się ono jeszcze bardziej złożone, wygładzone niż pojedynczy chloroplast.
Odbicie i pochłanianie
Badając pigmenty liści roślin, naukowcy odkryli, że pewien procent światła, które trafia na liść, jest odbijany. Zjawisko to zostało podzielone na dwie odmiany: lustrzane, rozproszone. Mówią o pierwszym, jeśli powierzchnia jest błyszcząca, gładka. Odbicie arkusza jest tworzone głównie przez drugi rodzaj. Światło wnika w grubość, rozprasza się, zmienia kierunek, ponieważ zarówno w warstwie zewnętrznej, jak i wewnątrz arkusza znajdują się powierzchnie oddzielające o różnych współczynnikach załamania. Podobne efekty obserwuje się, gdy światło przechodzi przez komórki. Nie ma silnej absorpcji, droga optyczna jest znacznie większa niż grubość arkusza mierzona geometrycznie, a arkusz jest w stanie zaabsorbować więcej światła niż wydobyty z niego pigment. Liście również pochłaniają znacznie więcej energii niż chloroplasty badane oddzielnie.
Ponieważ istnieją różne pigmenty roślinne – odpowiednio czerwony, zielony itd. – zjawisko wchłaniania jest nierównomierne. Arkusz jest w stanie odbierać światło o różnych długościach fal, ale wydajność procesu jest doskonała. Największą zdolność absorpcyjną zielonych liści tkwią w fioletowym bloku widma, czerwonym, niebieskim i niebieskim. Siła wchłaniania praktycznie nie zależy od stężenia chlorofilów. Wynika to z faktu, że ośrodek ma dużą moc rozpraszania. Jeśli pigmenty są obserwowane w wysokim stężeniu, absorpcja zachodzi w pobliżu powierzchni.
