Учените знаят какво представляват растителните пигменти - зелено и лилаво, жълто и червено. Растителни пигменти се наричат органични молекули, които се намират в тъканите, клетките на растителния организъм - благодарение на такива включвания те придобиват цвят. В природата хлорофилът се среща по-често от други, който присъства в тялото на всяко висше растение. Оранжев, червеникав тон, жълтеникави нюанси се осигуряват от каротеноидите.
И още подробности?
Растителни пигменти се намират в хромо-, хлоропласти. Като цяло съвременната наука познава няколкостотин разновидности на съединения от този тип. Впечатляващ процент от всички открити молекули са необходими за фотосинтезата. Както показаха тестовете, пигментите са източници на ретинол. Розови и червени нюанси, вариации на кафяви и синкави цветове се осигуряват от наличието на антоцианини. Такива пигменти се наблюдават в растителния клетъчен сок. Когато дните станат по-кратки през студения сезон,пигментите реагират с други съединения, присъстващи в тялото на растението, което води до промяна на цвета на по-рано зелените части. Листата на дърветата става ярка и цветна - същата есен, с която сме свикнали.
Най-известният
Може би почти всеки ученик в гимназията знае за хлорофила, растителен пигмент, необходим за фотосинтезата. Благодарение на това съединение представител на растителния свят може да абсорбира светлината на слънцето. На нашата планета обаче не само растенията не могат да съществуват без хлорофил. Както показват допълнителни проучвания, това съединение е абсолютно необходимо за човечеството, тъй като осигурява естествена защита срещу ракови процеси. Доказано е, че пигментът инхибира канцерогените и гарантира защита на ДНК от мутации под въздействието на токсични съединения.
Хлорофилът е зеленият пигмент на растенията, химически представляващ молекула. Локализиран е в хлоропластите. Поради такава молекула тези зони са оцветени в зелено. По своята структура молекулата е порфиринов пръстен. Поради тази специфичност пигментът наподобява хем, който е структурен елемент на хемоглобина. Ключовата разлика е в централния атом: в хема желязото заема неговото място; за хлорофила магнезият е най-значим. За първи път учените откриват този факт през 1930 г. Събитието се случи 15 години след като Willstatter открива веществото.
химия и биология
Първо, учените откриха, че зеленият пигмент в растенията се предлага в две разновидности, на които са дадени имена за двепървите букви на латинската азбука. Разликата между сортовете, макар и малка, все още е налице и е най-забележима при анализа на страничните вериги. За първия сорт играе ролята си CH3, за втория тип - CHO. И двете форми на хлорофил принадлежат към класа на активните фоторецептори. Благодарение на тях растението може да абсорбира енергийния компонент на слънчевата радиация. Впоследствие бяха идентифицирани още три вида хлорофил.
В науката зеленият пигмент в растенията се нарича хлорофил. Изследвайки разликите между двете основни разновидности на тази молекула, присъщи на висшата растителност, беше установено, че дължините на вълните, които могат да бъдат погълнати от пигмента, са малко различни за типове A и B. Всъщност, според учените, разновидностите ефективно допълват всеки други, като по този начин осигурява на растението способността да усвоява максимално необходимото количество енергия. Обикновено първият тип хлорофил обикновено се наблюдава в три пъти по-висока концентрация от втория. Заедно те образуват зелен растителен пигмент. Други три вида се срещат само в древни форми на растителност.
Характеристики на молекулите
Изучавайки структурата на растителните пигменти, беше установено, че и двата вида хлорофил са мастноразтворими молекули. Синтетичните разновидности, създадени в лаборатории, се разтварят във вода, но усвояването им в организма е възможно само в присъствието на мастни съединения. Растенията използват пигмент, за да осигурят енергия за растеж. В диетата на хората се използва с цел възстановяване.
Хлорофил, катохемоглобинът може да функционира нормално и да произвежда въглехидрати, когато е свързан с протеинови вериги. Визуално протеинът изглежда като формация без ясна система и структура, но всъщност е правилен и затова хлорофилът може стабилно да поддържа оптималната си позиция.
Функции за активност
Учените, изучаващи този основен пигмент на висшите растения, откриха, че той се намира във всички зеленчуци: списъкът включва зеленчуци, водорасли, бактерии. Хлорофилът е напълно естествено съединение. По природа притежава качествата на протектор и предотвратява трансформацията, мутацията на ДНК под въздействието на токсични съединения. Специална изследователска работа беше организирана в Индийската ботаническа градина към Изследователския институт. Както са открили учените, хлорофилът, получен от пресни билки, може да предпази от токсични съединения, патологични бактерии, а също така успокоява активността на възпалението.
Хлорофилът е краткотраен. Тези молекули са много крехки. Слънчевите лъчи водят до смъртта на пигмента, но зеленото листо е в състояние да генерира нови и нови молекули, които заменят тези, които са служили на своите другари. През есенния сезон хлорофилът вече не се произвежда, така че листата губи цвета си. Други пигменти излизат на преден план, скрити преди това от очите на външен наблюдател.
Няма ограничение за разнообразието
Разнообразието от растителни пигменти, познати на съвременните изследователи, е изключително голямо. От година на година учените откриват все повече и повече нови молекули. Сравнително наскоро проведенипроучванията направиха възможно добавянето на още три вида към двата вида хлорофил, споменати по-горе: C, C1, E. Въпреки това, тип A все още се счита за най-важният. Но каротеноидите са дори по-разнообразни. Този клас пигменти е добре познат на науката - благодарение на тях корените на моркови, много зеленчуци, цитрусови плодове и други дарове на растителния свят придобиват нюанси. Допълнителни тестове показват, че канарчетата имат жълти пера поради каротеноидите. Те също така дават цвят на жълтъка. Поради изобилието от каротеноиди жителите на Азия имат особен тон на кожата.
Нито човекът, нито представителите на животинския свят притежават такива характеристики на биохимията, които биха позволили производството на каротеноиди. Тези вещества се появяват на базата на витамин А. Това се доказва от наблюдения върху растителните пигменти: ако пилето не получи растителност с храна, яйчните жълтъци ще бъдат с много слаб нюанс. Ако канарчето е било хранено с голямо количество храна, обогатена с червени каротеноиди, перата му ще придобият ярък нюанс на червено.
Любопитни характеристики: каротеноиди
Жълтият пигмент в растенията се нарича каротин. Учените са открили, че ксантофилите дават червен оттенък. Броят на познатите на научната общност представители на тези два типа непрекъснато се увеличава. През 1947 г. учените знаеха около седем дузини каротеноиди, а до 1970 г. вече има повече от двеста. До известна степен това е подобно на напредъка на знанието в областта на физиката: първо те знаеха за атомите, след това за електроните и протоните и впоследствие разкрихаоще по-малки частици, за обозначаването на които се използват само букви. Може ли да се говори за елементарни частици? Както показаха тестовете на физиците, твърде рано е да се използва такъв термин - науката все още не е развита до степен, в която е възможно да ги намери, ако има такива. Подобна ситуация се е развила и с пигментите – от година на година се откриват нови видове и видове, а биолозите са само изненадани, неспособни да обяснят многостранната природа.
За функциите
Учените, участващи в пигментите на висшите растения, все още не могат да обяснят защо и защо природата е предоставила толкова голямо разнообразие от пигментни молекули. Разкрита е функционалността на някои отделни разновидности. Доказано е, че каротинът е необходим, за да се гарантира безопасността на молекулите на хлорофила от окисляване. Защитният механизъм се дължи на характеристиките на синглетния кислород, който се образува по време на реакцията на фотосинтеза като допълнителен продукт. Това съединение е силно агресивно.
Друга характеристика на жълтия пигмент в растителните клетки е способността му да увеличава интервала на дължината на вълната, необходим за процеса на фотосинтеза. Към момента такава функция не е доказана точно, но са направени много изследвания, които предполагат, че окончателното доказателство на хипотезата не е далеч. Лъчите, които зеленият растителен пигмент не може да абсорбира, се абсорбират от молекулите на жълтия пигмент. След това енергията се насочва към хлорофил за по-нататъшна трансформация.
Пигменти: толкова различни
С изключение на някоиразновидности на каротеноиди, пигменти, наречени аурони, халкони имат жълт цвят. Химичната им структура в много отношения е подобна на флавоните. Такива пигменти не се срещат много често в природата. Те са открити в листовки, съцветия на оксалис и щрихов зев, те осигуряват цвета на кореопсис. Такива пигменти не понасят тютюневия дим. Ако опушите растение с цигара, то веднага ще стане червено. Биологичният синтез, протичащ в растителните клетки с участието на халкони, води до генериране на флавоноли, флавони, аурони.
И животните, и растенията имат меланин. Този пигмент осигурява кафяв оттенък на косата, благодарение на него къдриците могат да станат черни. Ако клетките не съдържат меланин, представители на животинския свят стават албиноси. В растенията пигментът се намира в обвивката на червеното грозде и в някои съцветия във венчелистчетата.
Синьо и още
Растителността получава своя син оттенък благодарение на фитохрома. Това е протеинов растителен пигмент, отговорен за контролирането на цъфтежа. Той регулира кълняемостта на семената. Известно е, че фитохромът може да ускори цъфтежа на някои представители на растителния свят, докато други имат обратния процес на забавяне. До известна степен може да се сравни с часовник, но биологичен. В момента учените все още не знаят всички специфики на механизма на действие на пигмента. Установено е, че структурата на тази молекула се регулира от времето на деня и светлината, предавайки информация за нивото на светлина в околната среда на растението.
Вътре син пигментрастения - антоцианин. Въпреки това, има няколко разновидности. Антоцианините не само дават син цвят, но и розов, те също така обясняват червените и лилави цветове, понякога тъмни, наситени лилави. Активно генериране на антоцианини в растителните клетки се наблюдава, когато температурата на околната среда спадне, генерирането на хлорофил спира. Цветът на листата се променя от зелено в червено, червено, синьо. Благодарение на антоцианините розите и маковете имат ярко алени цветя. Същият пигмент обяснява нюансите на съцветия от здравец и метличина. Благодарение на синьото разнообразие от антоцианин, сините камбанки имат своя деликатен цвят. Определени разновидности на този вид пигмент се наблюдават в гроздето, червеното зеле. Антоцианините осигуряват оцветяване на трънки, сливи.
Ярко и тъмно
Познат жълт пигмент, който учените наричат антохлор. Намерено е в кожата на листенцата на иглика. Антохлор се намира в иглики, съцветия на овен. Те са богати на мак от жълти сортове и далии. Този пигмент придава приятен цвят на съцветия на жаба лен, лимонови плодове. Той е идентифициран в някои други растения.
Антофеинът е сравнително рядък в природата. Това е тъмен пигмент. Благодарение на него се появяват специфични петна по венчето на някои бобови растения.
Всички ярки пигменти са замислени от природата за специфичното оцветяване на представителите на растителния свят. Благодарение на това оцветяване растението привлича птици и животни. Това гарантира разпространението на семената.
За клетките и структурата
Опитвам се да определяколко силно цветът на растенията зависи от пигментите, как са подредени тези молекули, защо е необходим целият процес на пигментация, учените са открили, че пластидите присъстват в растителното тяло. Това е името, дадено на малките тела, които могат да бъдат оцветени, но също така са безцветни. Такива малки тела са само и изключително сред представители на растителния свят. Всички пластиди бяха разделени на хлоропласти със зелен оттенък, хромопласти, оцветени в различни вариации на червения спектър (включително жълти и преходни нюанси), и левкопласти. Последните нямат нюанси.
Обикновено растителната клетка съдържа един вид пластиди. Експериментите са показали способността на тези тела да се трансформират от тип в тип. Хлоропластите се намират във всички оцветени в зелено растителни органи. Левкопластите се наблюдават по-често в части, скрити от преките слънчеви лъчи. Има много от тях в коренищата, намират се в грудки, ситови частици на някои видове растения. Хромопластите са типични за венчелистчетата, зрели плодове. Тилакоидните мембрани са обогатени с хлорофил и каротеноиди. Левкопластите не съдържат пигментни молекули, но могат да бъдат място за процеси на синтез, натрупване на хранителни съединения - протеини, нишесте, понякога мазнини.
Реакции и трансформации
Изучавайки фотосинтетичните пигменти на висшите растения, учените са открили, че хромопластите са оцветени в червено, поради наличието на каротеноиди. Общоприето е, че хромопластите са последната стъпка в развитието на пластидите. Те вероятно се появяват по време на трансформацията на левко-, хлоропласти, когато остаряват. До голяма степенНаличието на такива молекули определя цвета на листата през есента, както и ярките, приятни за окото цветя и плодове. Каротеноидите се произвеждат от водорасли, растителен планктон и растения. Те могат да бъдат генерирани от някои бактерии, гъбички. Каротеноидите са отговорни за цвета на живите представители на растителния свят. Някои животни имат биохимични системи, поради които каротеноидите се трансформират в други молекули. Суровината за такава реакция се получава от храна.
Според наблюдения на розови фламинго, тези птици събират и филтрират спирулина и някои други водорасли, за да получат жълт пигмент, от който след това се появяват кантаксантин, астаксантин. Именно тези молекули придават на оперението на птиците такъв красив цвят. Много риби и птици, раци и насекоми имат ярък цвят поради каротеноидите, които се получават с храната. Бета-каротинът се трансформира в някои витамини, които се използват в полза на човека - те предпазват очите от ултравиолетово лъчение.
Червено и зелено
Говорейки за фотосинтетичните пигменти на висшите растения, трябва да се отбележи, че те могат да абсорбират фотони на светлинни вълни. Отбелязва се, че това се отнася само за частта от спектъра, видима за човешкото око, тоест за дължина на вълната в диапазона от 400-700 nm. Растителните частици могат да абсорбират само кванти, които имат достатъчни енергийни резерви за реакцията на фотосинтезата. Абсорбцията е отговорност единствено на пигментите. Учените са изследвали най-старите форми на живот в растителния свят – бактерии, водорасли. Установено е, че те съдържат различни съединения, които могат да приемат светлина във видимия спектър. Някои разновидности могат да приемат светлинни вълни на радиация, която не се възприема от човешкото око - от блок близо до инфрачервеното лъчение. В допълнение към хлорофилите, такава функционалност се приписва от природата на бактериородопсин, бактериохлорофили. Проучванията показват значението за реакциите на синтеза на фикобилини, каротеноиди.
Разнообразието от растителни фотосинтетични пигменти се различава от група до група. Много се определя от условията, в които живее формата на живот. Представителите на висшия растителен свят имат по-малко разнообразие от пигменти от еволюционно древните сортове.
За какво става въпрос?
Изучавайки фотосинтетичните пигменти на растенията, открихме, че висшите растителни форми имат само две разновидности на хлорофил (споменати по-рано A, B). И двата вида са порфирини, които имат магнезиев атом. Те са предимно включени в комплекси за събиране на светлина, които поглъщат светлинната енергия и я насочват към реакционните центрове. Центровете съдържат относително малък процент от общия хлорофил тип 1, присъстващ в растението. Тук се осъществяват първичните взаимодействия, характерни за фотосинтезата. Хлорофилът е придружен от каротеноиди: както са установили учените, обикновено има пет разновидности от тях, не повече. Тези елементи също събират светлина.
Разтворени, хлорофилите, каротеноидите са растителни пигменти, които имат тесни ленти за поглъщане на светлина, които са доста далеч една от друга. Хлорофилът има способността да най-ефективнопоглъщат сини вълни, могат да работят с червени, но много слабо улавят зелената светлина. Разширяването и припокриването на спектъра се осигурява от хлоропласти, изолирани от листата на растението без особени затруднения. Хлоропластните мембрани се различават от разтворите, тъй като оцветяващите компоненти се комбинират с протеини, мазнини, реагират помежду си и енергията мигрира между колекторите и центровете за натрупване. Ако разгледаме спектъра на поглъщане на светлината на лист, той ще се окаже дори по-сложен, изгладен от единичен хлоропласт.
Отражение и абсорбция
Изучавайки пигментите на листата на растението, учените са открили, че определен процент от светлината, която удря листа, се отразява. Това явление беше разделено на две разновидности: огледално, дифузно. Казват за първото, ако повърхността е лъскава, гладка. Отражението на листа се формира предимно от втория тип. Светлината прониква в дебелината, разсейва се, променя посоката, тъй като както във външния слой, така и вътре в листа има разделителни повърхности с различни показатели на пречупване. Подобни ефекти се наблюдават, когато светлината преминава през клетките. Няма силно поглъщане, оптичният път е много по-голям от дебелината на листа, измерена геометрично, и листът е в състояние да абсорбира повече светлина от извлечения от него пигмент. Листата също така абсорбират много повече енергия от хлоропластите, изследвани отделно.
Тъй като има различни растителни пигменти - червен, зелен и т.н. - съответно, явлението на усвояване е неравномерно. Листът е в състояние да възприема светлина с различни дължини на вълната, но ефективността на процеса е отлична. Най-високата абсорбционна способност на зелената зеленина е присъща на виолетовия блок на спектъра, червен, син и син. Силата на усвояване на практика не се определя от това колко са концентрирани хлорофилите. Това се дължи на факта, че средата има висока разсейваща сила. Ако пигментите се наблюдават във висока концентрация, абсорбцията се случва близо до повърхността.
