A tudósok tudják, mi a növényi pigment – zöld és lila, sárga és piros. A növényi pigmenteket szerves molekuláknak nevezik, amelyek egy növényi szervezet szöveteiben, sejtjeiben találhatók - az ilyen zárványoknak köszönhetően színt kapnak. A természetben a klorofill gyakrabban fordul elő, mint mások, amely bármely magasabb rendű növény testében jelen van. A narancssárga, vöröses tónus, a sárgás árnyalatokat a karotinoidok biztosítják.
És további részletek?
A növényi pigmentek a kromo-, kloroplasztiszokban találhatók. Összességében a modern tudomány több száz fajtáját ismeri az ilyen típusú vegyületeknek. Az összes felfedezett molekula lenyűgöző százaléka szükséges a fotoszintézishez. A vizsgálatok kimutatták, hogy a pigmentek a retinol forrásai. A rózsaszín és piros árnyalatokat, a barna és kékes színek variációit az antocianinok jelenléte biztosítja. Ilyen pigmentek figyelhetők meg a növényi sejtnedvekben. Amikor a nappalok rövidülnek a hideg évszakban,a pigmentek reakcióba lépnek a növény testében jelenlévő egyéb vegyületekkel, amitől a korábban zöld részek színe megváltozik. A fák lombja ragyogóvá és színessé válik – ugyanaz az ősz, mint amit megszoktunk.
A leghíresebb
Talán szinte minden középiskolás tud a klorofillról, a fotoszintézishez szükséges növényi pigmentről. Ennek a vegyületnek köszönhetően a növényvilág képviselője képes elnyelni a nap fényét. Bolygónkon azonban nemcsak a növények nem létezhetnek klorofill nélkül. Amint a további vizsgálatok kimutatták, ez a vegyület abszolút nélkülözhetetlen az emberiség számára, mivel természetes védelmet nyújt a rákos folyamatokkal szemben. Bebizonyosodott, hogy a pigment gátolja a rákkeltő anyagokat és garantálja a DNS-védelmet a toxikus vegyületek hatására bekövetkező mutációkkal szemben.
A klorofill a növények zöld pigmentje, kémiailag egy molekulát képvisel. A kloroplasztiszokban lokalizálódik. Egy ilyen molekulának köszönhető, hogy ezek a területek zöld színűek. Szerkezetében a molekula porfiringyűrű. Ennek a sajátosságnak köszönhetően a pigment a hemhez hasonlít, amely a hemoglobin szerkezeti eleme. A fő különbség a központi atomban van: a hemben a vas veszi át a helyét, a klorofill esetében a magnézium a legjelentősebb. A tudósok először 1930-ban fedezték fel ezt a tényt. Az esemény 15 évvel azután történt, hogy Willstatter felfedezte az anyagot.
Kémia és biológia
Először is a tudósok azt találták, hogy a növényekben lévő zöld pigmentnek két változata van, amelyek kettőnek nevet adtak.a latin ábécé első betűi. A fajták közötti különbség, bár kicsi, de továbbra is fennáll, és leginkább az oldalláncok elemzésénél szembetűnő. Az első fajtánál a CH3 játssza a szerepüket, a második típusnál a CHO. A klorofill mindkét formája az aktív fotoreceptorok osztályába tartozik. Ezeknek köszönhetően a növény képes elnyelni a napsugárzás energiakomponensét. Ezt követően további három klorofilltípust azonosítottak.
A tudományban a növényekben lévő zöld pigmentet klorofillnak nevezik. A magasabb növényzetben rejlő molekula két fő változata közötti különbségek vizsgálata során azt találták, hogy a pigment által elnyelhető hullámhosszok némileg eltérőek az A és B típusok esetében. Valójában a tudósok szerint a fajták hatékonyan kiegészítik mindegyiket. más, ezáltal lehetővé téve a növény számára a szükséges energiamennyiség maximalizálását. Normális esetben az első típusú klorofill általában háromszor nagyobb koncentrációban figyelhető meg, mint a második. Együtt zöld növényi pigmentet alkotnak. Három másik típus csak a növényzet ősi formáiban található.
Molekulák jellemzői
A növényi pigmentek szerkezetének tanulmányozása során kiderült, hogy a klorofill mindkét típusa zsírban oldódó molekula. A laboratóriumban létrehozott szintetikus fajták vízben oldódnak, de felszívódásuk a szervezetben csak zsíros vegyületek jelenlétében lehetséges. A növények pigmentet használnak, hogy energiát biztosítsanak a növekedéshez. Az emberek étrendjében gyógyulás céljából használják.
Klorofil, plA hemoglobin normálisan működhet és szénhidrátot termelhet, ha fehérjeláncokhoz kapcsolódik. Vizuálisan a fehérje egy tiszta rendszer és szerkezet nélküli képződménynek tűnik, de valójában helyes, és ezért a klorofill stabilan meg tudja tartani optimális helyzetét.
Tevékenységi szolgáltatások
A tudósok a magasabb rendű növények e fő pigmentjét tanulmányozva azt találták, hogy minden zöldben megtalálható: a listán szerepelnek zöldségek, algák és baktériumok. A klorofill teljesen természetes vegyület. Természeténél fogva védelmező tulajdonságokkal rendelkezik, és megakadályozza a DNS átalakulását, mutációját toxikus vegyületek hatására. Különleges kutatómunkát szerveztek a Kutatóintézet Indiai Botanikus Kertjében. Amint azt a tudósok felfedezték, a friss fűszernövényekből nyert klorofill megvéd a mérgező vegyületektől, a kóros baktériumoktól, és csillapítja a gyulladásos folyamatokat is.
A klorofill rövid életű. Ezek a molekulák nagyon törékenyek. A napsugarak a pigment elpusztulásához vezetnek, de a zöld levél képes új és új molekulákat generálni, amelyek helyettesítik azokat, akik szolgálták társaikat. Az őszi szezonban már nem termelődik klorofil, így a lombozat elveszti színét. Más pigmentek kerülnek előtérbe, amelyeket korábban a külső szemlélő szeme elől rejtettek.
A változatosságnak nincs határa
A modern kutatók által ismert növényi pigmentek sokfélesége rendkívül nagy. A tudósok évről évre egyre több új molekulát fedeznek fel. Viszonylag nemrégiben végzettA tanulmányok lehetővé tették, hogy a fent említett két klorofillfajtához három további típust adjunk: C, C1, E. Azonban továbbra is az A típust tartják a legfontosabbnak, de a karotinoidok még változatosabb. A pigmentek ezen osztálya jól ismert a tudomány számára - ennek köszönhető, hogy a sárgarépa gyökerei, sok zöldség, citrusfélék és a növényvilág egyéb ajándékai árnyalatot kapnak. További vizsgálatok kimutatták, hogy a kanárik tollai sárgaek a karotinoidok miatt. Színt adnak a tojássárgájának is. A karotinoidok bősége miatt az ázsiai lakosok sajátos bőrtónussal rendelkeznek.
Sem az ember, sem az állatvilág képviselői nem rendelkeznek olyan biokémiai jellemzőkkel, amelyek lehetővé tennék a karotinoidok termelését. Ezek az anyagok az A-vitaminon jelennek meg. Ezt a növényi pigmenteken végzett megfigyelések is bizonyítják: ha a csirke nem kapott táplálékkal vegetációt, a tojássárgája nagyon gyenge árnyalatú lesz. Ha egy kanárit nagy mennyiségű, vörös karotinoidokkal dúsított táplálékkal etették, a tollazata élénk piros árnyalatot vesz fel.
Érdekes tulajdonságok: karotinoidok
A növények sárga pigmentjét karotinnak nevezik. A tudósok azt találták, hogy a xantofillok vörös árnyalatot adnak. E két típusnak a tudományos közösség által ismert képviselőinek száma folyamatosan növekszik. 1947-ben a tudósok körülbelül hét tucat karotinoidot ismertek, 1970-re pedig már több mint kétszáz. Ez bizonyos mértékig hasonlít a fizika területén a tudás fejlődéséhez: először az atomokról, majd az elektronokról és a protonokról tudtak, majd kiderült.még kisebb részecskéket is, amelyek megjelölésére csak betűket használnak. Lehet-e elemi részecskékről beszélni? Amint azt a fizikusok tesztjei kimutatták, még túl korai ezt a kifejezést használni - a tudomány még nem fejlődött olyan mértékben, hogy meg lehessen találni őket, ha vannak ilyenek. Hasonló helyzet alakult ki a pigmentekkel is – évről évre új fajokat és típusokat fedeznek fel, és a biológusok csak meglepődnek, nem tudják megmagyarázni a sokoldalú természetet.
A funkciókról
A magasabb rendű növények pigmentjeivel foglalkozó tudósok még nem tudják megmagyarázni, hogy a természet miért és miért bocsátott rendelkezésre ilyen sokféle pigmentmolekulát. Néhány egyedi fajta funkcionalitása kiderült. Bebizonyosodott, hogy a karotin szükséges a klorofillmolekulák oxidáció elleni védelméhez. A védelmi mechanizmus a szingulett oxigén tulajdonságainak köszönhető, amely a fotoszintézis reakciója során további termékként képződik. Ez a vegyület nagyon agresszív.
A növényi sejtekben található sárga pigment másik jellemzője, hogy képes megnövelni a fotoszintézis folyamatához szükséges hullámhossz-intervallumot. Jelenleg egy ilyen funkció még nem bizonyított pontosan, de sok kutatás folyt arra vonatkozóan, hogy a hipotézis végső bizonyítása már nincs messze. Azokat a sugarakat, amelyeket a zöld növényi pigment nem képes elnyelni, a sárga pigmentmolekulák elnyelik. Az energiát ezután a klorofillra irányítják további átalakuláshoz.
Pigmentek: annyira különbözőek
Kivéve néhányata karotinoidok fajtái, az auronoknak nevezett pigmentek, a kalkonok sárga színűek. Kémiai szerkezetük sok tekintetben hasonlít a flavonokéhoz. Ilyen pigmentek nem túl gyakran fordulnak elő a természetben. Az oxalis és a snapdragon szórólapjaiban, virágzataiban találhatók, ezek adják a coreopsis színét. Az ilyen pigmentek nem tolerálják a dohányfüstöt. Ha egy növényt cigarettával fertőtlenít, azonnal piros lesz. A növényi sejtekben a kalkonok részvételével végbemenő biológiai szintézis flavonolok, flavonok, auronok képződéséhez vezet.
Az állatok és a növények egyaránt tartalmaznak melanint. Ez a pigment barna árnyalatot ad a hajnak, ennek köszönhető, hogy a fürtök feketévé válhatnak. Ha a sejtek nem tartalmaznak melanint, az állatvilág képviselői albínókká válnak. A növényekben a pigment a vörös szőlő héjában és egyes virágzatokban a szirmokban található.
Kék és egyebek
A növényzet a fitokrómnak köszönhetően kapja kék árnyalatát. Ez egy fehérje növényi pigment, amely a virágzás szabályozásáért felelős. Szabályozza a magok csírázását. Ismeretes, hogy a fitokróm felgyorsíthatja a növényvilág egyes képviselőinek virágzását, míg mások ellentétes folyamata lassul. Bizonyos mértékig össze lehet hasonlítani egy órával, de biológiai. Jelenleg a tudósok még nem ismerik a pigment hatásmechanizmusának minden részletét. Megállapítást nyert, hogy ennek a molekulának a szerkezete a napszakhoz és a fényhez igazodik, így a környezet fényszintjéről információt továbbít a növény felé.
Kék pigment bennenövények - antocianin. Van azonban több fajta is. Az antocianinok nemcsak kék színt adnak, hanem rózsaszínt is, ezek magyarázzák a vörös és a lila színt is, néha sötét, gazdag lilát. Az antocianinok aktív termelődése a növényi sejtekben akkor figyelhető meg, amikor a környezeti hőmérséklet csökken, a klorofillképződés leáll. A lombozat színe zöldről pirosra, pirosra, kékre változik. Az antocianinoknak köszönhetően a rózsák és a mák fényes skarlátvörös virágokkal rendelkeznek. Ugyanez a pigment magyarázza a muskátli és a búzavirág virágzat árnyalatait. Az antocianin kék változatának köszönhetően a harangvirágnak finom színe van. Az ilyen típusú pigment bizonyos fajtái a szőlőben, a vörös káposztában figyelhetők meg. Az antocianinok színezik a szilvát és a szilvát.
Világos és sötét
Ismert sárga pigment, amelyet a tudósok antoklórnak neveztek. A kankalin szirmainak bőrében találták meg. Az antoklór kankalinban, kos virágzatában található. Sárga fajtájú mákban és dáliában gazdagok. Ez a pigment kellemes színt ad a varangyvirágzatnak, a citrom gyümölcseinek. Néhány más növényben is azonosították.
Az anthofein viszonylag ritka a természetben. Ez egy sötét pigment. Neki köszönhetően bizonyos foltok jelennek meg néhány hüvelyes korollan.
Az összes fényes pigmentet a természet a növényvilág képviselőinek sajátos színezésére szánta. Ennek a színezésnek köszönhetően a növény vonzza a madarakat és az állatokat. Ez biztosítja a magvak terjedését.
A cellákról és a szerkezetről
Megpróbálja meghatároznimilyen erősen függ a növények színe a pigmentektől, hogyan helyezkednek el ezek a molekulák, miért van szükség a pigmentáció teljes folyamatára, a tudósok felfedezték, hogy a plasztiszok jelen vannak a növényi testben. Így nevezik azokat a kis testeket, amelyek lehetnek színesek, de színtelenek is. Az ilyen kis testek csak és kizárólag a növényvilág képviselői közé tartoznak. Az összes plasztidot zöld árnyalatú kloroplasztokra, a vörös spektrum különböző változataiban (beleértve a sárga és átmeneti árnyalatokat) festett kromoplasztokra és leukoplasztokra osztották. Az utóbbiaknak nincs árnyalata.
Általában egy növényi sejt egyféle plasztidot tartalmaz. A kísérletek kimutatták, hogy ezek a testek képesek típusról típusra átalakulni. A kloroplasztok minden zöldre festett növényi szervben megtalálhatók. A leukoplasztok gyakrabban figyelhetők meg a közvetlen napsugárzástól elrejtett részeken. Sok van belőlük a rizómákban, megtalálhatók egyes növények gumóiban, szitaszemcséiben. A kromoplasztok jellemzőek a szirmokra, érett gyümölcsökre. A tilakoid membránok klorofillban és karotinoidokban gazdagok. A leukoplasztok nem tartalmaznak pigmentmolekulákat, de a szintézis folyamatainak, tápanyagvegyületek - fehérjék, keményítő, esetenként zsírok - felhalmozódásának helyszínei lehetnek.
Reakciók és átalakulások
A magasabb rendű növények fotoszintetikus pigmentjeit tanulmányozva a tudósok azt találták, hogy a kromoplasztok vörös színűek a karotinoidok jelenléte miatt. Általánosan elfogadott, hogy a kromoplasztok jelentik a plasztidok fejlődésének utolsó lépését. Valószínűleg a leuko-, kloroplasztiszok átalakulása során jelennek meg, amikor öregednek. Nagymértékbenaz ilyen molekulák jelenléte meghatározza a lombozat színét ősszel, valamint a fényes, szemet gyönyörködtető virágokat és gyümölcsöket. A karotinoidokat algák, növényi planktonok és növények termelik. Egyes baktériumok, gombák termelhetik. A karotinoidok felelősek a növényvilág élő képviselőinek színéért. Egyes állatok biokémiai rendszerekkel rendelkeznek, amelyeknek köszönhetően a karotinoidok más molekulákká alakulnak át. Az ilyen reakció alapanyagát élelmiszerből nyerik.
Rózsaszín flamingók megfigyelései szerint ezek a madarak összegyűjtik és megszűrik a spirulinát és néhány más algát, hogy sárga pigmentet nyerjenek, amelyből aztán kantaxantin, asztaxantin jelenik meg. Ezek a molekulák adják a madarak tollazatának ilyen szép színét. Sok hal és madár, rák és rovar élénk színű a karotinoidoknak köszönhetően, amelyeket az étrendből nyernek. A béta-karotin átalakul bizonyos vitaminokká, amelyeket emberi javára használnak – védik a szemet az ultraibolya sugárzástól.
Piros és zöld
A magasabb rendű növények fotoszintetikus pigmentjeiről beszélve meg kell jegyezni, hogy képesek elnyelni a fényhullámok fotonjait. Megjegyzendő, hogy ez a spektrumnak csak az emberi szem számára látható részére vonatkozik, vagyis a 400-700 nm tartományba eső hullámhosszra. A növényi részecskék csak olyan kvantumokat képesek elnyelni, amelyek elegendő energiatartalékkal rendelkeznek a fotoszintézis reakciójához. A felszívódás kizárólag a pigmentek felelőssége. A tudósok tanulmányozták a növényvilág legrégebbi életformáit - baktériumokat, algákat. Megállapítást nyert, hogy különböző vegyületeket tartalmaznak, amelyek képesek fényt fogadni a látható spektrumban. Egyes fajták olyan fényhullámokat is kaphatnak, amelyeket az emberi szem nem érzékel - infravörös közeli blokkból. A klorofillokon kívül az ilyen funkcionalitást a természet a bakteriorodopszin, a bakterioklorofillok közé sorolja. Tanulmányok kimutatták a fikobilinek, karotinoidok szintézisének reakcióinak fontosságát.
A növényi fotoszintetikus pigmentek sokfélesége csoportonként eltérő. Sok mindent meghatároznak azok a körülmények, amelyek között az életforma él. A magasabb rendű növényvilág képviselőinek pigmentjei kisebbek, mint az evolúciósan ősi fajták.
Miről van szó?
A növények fotoszintetikus pigmentjeit tanulmányozva azt találtuk, hogy a magasabb rendű növényi formákban csak kétféle klorofil található (korábban A, B). Mindkét típus magnéziumatomot tartalmazó porfirin. Túlnyomórészt olyan fénygyűjtő komplexekben találhatók, amelyek elnyelik a fényenergiát és a reakcióközpontokba irányítják. A központok a növényben jelenlévő összes 1-es típusú klorofillnak viszonylag kis százalékát tartalmazzák. Itt mennek végbe a fotoszintézisre jellemző elsődleges kölcsönhatások. A klorofilt karotinoidok kísérik: amint azt a tudósok megállapították, általában öt fajta létezik belőlük, nem több. Ezek az elemek fényt is gyűjtenek.
A klorofillok, karotinoidok oldott állapotban olyan növényi pigmentek, amelyek keskeny fényelnyelési sávokkal rendelkeznek, amelyek egymástól meglehetősen távol helyezkednek el. A klorofill képes a leghatékonyabbanelnyelik a kék hullámokat, tudnak működni a pirossal is, de nagyon gyengén rögzítik a zöld fényt. A spektrum kiterjesztését és átfedését a növény leveleiből különösebb nehézség nélkül izolált kloroplasztiszok biztosítják. A kloroplaszt membránok különböznek az oldatoktól, mivel a színező komponensek fehérjékkel, zsírokkal kombinálódnak, reakcióba lépnek egymással, és az energia vándorol a gyűjtők és az akkumulációs központok között. Ha figyelembe vesszük egy levél fényelnyelési spektrumát, akkor az még összetettebbnek, simábbnak bizonyul, mint egyetlen kloroplaszt.
Reflexió és elnyelés
A növényi levelek pigmentjeit tanulmányozva a tudósok azt találták, hogy a levelet érő fény bizonyos százaléka visszaverődik. Ezt a jelenséget két fajtára osztották: tükörre, diffúzra. Azt mondják az elsőről, ha a felület fényes, sima. A lap tükröződését túlnyomórészt a második típus alkotja. A fény beszivárog a vastagságba, szétszóródik, irányt változtat, hiszen mind a külső rétegben, mind a lap belsejében eltérő törésmutatójú elválasztó felületek vannak. Hasonló hatások figyelhetők meg, amikor a fény áthalad a sejteken. Nincs erős abszorpció, az optikai út geometriailag mérve jóval nagyobb, mint a lap vastagsága, és a lap több fényt képes elnyelni, mint a belőle kivont pigment. A levelek is sokkal több energiát nyelnek el, mint a külön vizsgált kloroplasztiszok.
Mivel különböző növényi pigmentek vannak – piros, zöld és így tovább –, a felszívódási jelenség egyenetlen. A lemez képes különböző hullámhosszú fény érzékelésére, de a folyamat hatékonysága kiváló. A zöld lombozat legnagyobb abszorpciós képessége a spektrum ibolya blokkjában, a vörös, a kék és a kékben rejlik. Az abszorpció erősségét gyakorlatilag nem a klorofillok koncentrációja határozza meg. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a közeg nagy szóróképességgel rendelkezik. Ha a pigmentek nagy koncentrációban figyelhetők meg, a felszívódás a felület közelében történik.
