Naučnici znaju šta su biljni pigmenti - zeleni i ljubičasti, žuti i crveni. Biljni pigmenti nazivaju se organske molekule koje se nalaze u tkivima, ćelijama biljnog organizma - zahvaljujući takvim inkluzijama dobijaju boju. U prirodi se češće od drugih nalazi hlorofil, koji je prisutan u tijelu bilo koje više biljke. Narandžasti, crvenkasti ton, žućkaste nijanse daju karotenoidi.
I više detalja?
Biljni pigmenti se nalaze u hromo-, hloroplastima. Ukupno, moderna nauka poznaje nekoliko stotina vrsta jedinjenja ove vrste. Impresivan postotak svih otkrivenih molekula je potreban za fotosintezu. Kao što su testovi pokazali, pigmenti su izvori retinola. Ružičaste i crvene nijanse, varijacije smeđe i plavičaste boje osiguravaju prisustvo antocijana. Takvi pigmenti su uočeni u soku biljnih ćelija. Kada dani postanu kraći tokom hladne sezone,pigmenti reaguju s drugim spojevima prisutnim u tijelu biljke, uzrokujući promjenu boje prethodno zelenih dijelova. Lišće drveća postaje svijetlo i šareno - iste jeseni na koju smo navikli.
Najpoznatiji
Možda skoro svaki srednjoškolac zna za hlorofil, biljni pigment neophodan za fotosintezu. Zbog ovog spoja, predstavnik biljnog svijeta može apsorbirati sunčevu svjetlost. Međutim, na našoj planeti ne mogu postojati samo biljke bez hlorofila. Kako su pokazala daljnja istraživanja, ovo jedinjenje je apsolutno neophodno za čovječanstvo, jer pruža prirodnu zaštitu od procesa raka. Dokazano je da pigment inhibira karcinogene i garantuje zaštitu DNK od mutacija pod uticajem toksičnih jedinjenja.
Hlorofil je zeleni pigment biljaka, hemijski predstavlja molekul. Lokaliziran je u hloroplastima. Zbog takvog molekula ove oblasti su obojene zeleno. Po svojoj strukturi, molekul je porfirinski prsten. Zbog ove specifičnosti pigment podsjeća na hem, koji je strukturni element hemoglobina. Ključna razlika je u centralnom atomu: u hemu svoje mjesto zauzima gvožđe; za hlorofil je najvažniji magnezijum. Naučnici su prvi put otkrili ovu činjenicu 1930. godine. Događaj se dogodio 15 godina nakon što je Willstatter otkrio supstancu.
Hemija i biologija
Prvo, naučnici su otkrili da zeleni pigment u biljkama dolazi u dve varijante, koje su dobile imena za dveprva slova latinice. Razlika između sorti, iako mala, ipak postoji, a najuočljivija je u analizi bočnih lanaca. Za prvu sortu svoju ulogu igra CH3, za drugu vrstu - CHO. Oba oblika hlorofila pripadaju klasi aktivnih fotoreceptora. Zahvaljujući njima, biljka može apsorbirati energetsku komponentu sunčevog zračenja. Kasnije su identifikovana još tri tipa hlorofila.
U nauci, zeleni pigment u biljkama naziva se hlorofil. Istražujući razlike između dvije glavne varijante ovog molekula svojstvene višoj vegetaciji, otkriveno je da su valne dužine koje pigment može apsorbirati donekle različite za tipove A i B. Zapravo, prema naučnicima, varijante efektivno nadopunjuju svaki drugo, čime se biljci pruža mogućnost da maksimalno apsorbuje potrebnu količinu energije. Normalno, prvi tip hlorofila se obično opaža u tri puta većoj koncentraciji od druge. Zajedno formiraju zeleni biljni pigment. Tri druge vrste nalaze se samo u drevnim oblicima vegetacije.
Karakteristike molekula
Proučavajući strukturu biljnih pigmenata, ustanovljeno je da su oba tipa hlorofila molekule rastvorljive u mastima. Sintetičke sorte stvorene u laboratorijama otapaju se u vodi, ali je njihova apsorpcija u tijelu moguća samo u prisustvu masnih spojeva. Biljke koriste pigment da obezbede energiju za rast. U ishrani ljudi koristi se u svrhu oporavka.
Hlorofil, kaohemoglobin može normalno funkcionirati i proizvoditi ugljikohidrate kada je povezan s proteinskim lancima. Vizuelno, protein izgleda kao formacija bez jasnog sistema i strukture, ali je zapravo ispravan, i zato hlorofil može stabilno održavati svoju optimalnu poziciju.
Funkcije aktivnosti
Naučnici, proučavajući ovaj glavni pigment viših biljaka, otkrili su da se nalazi u svim zelenilom: lista uključuje povrće, alge, bakterije. Klorofil je potpuno prirodno jedinjenje. Po prirodi ima svojstva zaštitnika i sprečava transformaciju, mutaciju DNK pod uticajem toksičnih jedinjenja. Poseban istraživački rad organizovan je u Indijskoj botaničkoj bašti pri Istraživačkom institutu. Kako su naučnici otkrili, hlorofil dobijen iz svježeg bilja može zaštititi od toksičnih spojeva, patoloških bakterija, a također smiruje aktivnost upale.
Hlorofil je kratkotrajan. Ovi molekuli su veoma krhki. Sunčeve zrake dovode do smrti pigmenta, ali zeleni list je u stanju da generiše nove i nove molekule koji zamenjuju one koji su služili svojim drugovima. U jesenskoj sezoni hlorofil se više ne proizvodi, pa lišće gubi boju. Drugi pigmenti dolaze do izražaja, prethodno skriveni od očiju spoljašnjeg posmatrača.
Nema ograničenja za raznolikost
Različitost biljnih pigmenata poznatih savremenim istraživačima je izuzetno velika. Iz godine u godinu naučnici otkrivaju sve više novih molekula. Relativno nedavno sprovedenostudije su omogućile dodavanje još tri tipa na dvije gore navedene varijante hlorofila: C, C1, E. Ipak, tip A se i dalje smatra najvažnijim. Ali karotenoidi su čak raznovrsniji. Ova klasa pigmenata dobro je poznata nauci - zahvaljujući njima korijenje mrkve, mnogo povrća, agruma i drugih darova biljnog svijeta dobivaju nijanse. Dodatni testovi su pokazali da kanarinci imaju žuto perje zbog karotenoida. Oni takođe daju boju žumancu. Zbog obilja karotenoida, stanovnici Azije imaju poseban ton kože.
Ni čovjek ni predstavnici životinjskog svijeta nemaju takve karakteristike biohemije koje bi omogućile proizvodnju karotenoida. Ove tvari se pojavljuju na bazi vitamina A. To dokazuju zapažanja na biljnim pigmentima: ako piletina nije dobila vegetaciju s hranom, žumanjci će biti vrlo slabe nijanse. Ako je kanarinac hranjen velikom količinom hrane obogaćene crvenim karotenoidima, njegovo perje će poprimiti svijetlu nijansu crvene.
Zanimljive karakteristike: karotenoidi
Žuti pigment u biljkama naziva se karoten. Naučnici su otkrili da ksantofili daju crvenu nijansu. Broj predstavnika ove dvije vrste poznatih naučnoj zajednici u stalnom je porastu. Godine 1947. naučnici su znali oko sedam desetina karotenoida, a do 1970. bilo ih je već više od dvije stotine. To je donekle slično napretku znanja u oblasti fizike: prvo su znali za atome, zatim elektrone i protone, a zatim su otkriličak i manje čestice, za čije označavanje se koriste samo slova. Može li se govoriti o elementarnim česticama? Kao što su testovi fizičara pokazali, prerano je koristiti takav izraz - nauka još nije razvijena do te mjere da ih je bilo moguće pronaći, ako ih je bilo. Slična situacija se razvila i sa pigmentima - iz godine u godinu se otkrivaju nove vrste i tipovi, a biolozi su samo iznenađeni, nesposobni da objasne višestranu prirodu.
O funkcijama
Naučnici uključeni u pigmente viših biljaka još uvijek ne mogu objasniti zašto i zašto je priroda obezbijedila tako širok izbor molekula pigmenta. Otkrivena je funkcionalnost nekih pojedinačnih sorti. Dokazano je da je karoten neophodan kako bi se osigurala sigurnost molekula klorofila od oksidacije. Mehanizam zaštite je zbog osobina singletnog kiseonika, koji nastaje tokom reakcije fotosinteze kao dodatni proizvod. Ovo jedinjenje je veoma agresivno.
Još jedna karakteristika žutog pigmenta u biljnim ćelijama je njegova sposobnost da poveća interval talasnih dužina potreban za proces fotosinteze. U ovom trenutku takva funkcija nije točno dokazana, ali mnoga istraživanja su urađena kako bi se sugeriralo da konačni dokaz hipoteze nije daleko. Zrake koje zeleni biljni pigment ne može apsorbirati apsorbiraju molekuli žutog pigmenta. Energija se zatim usmjerava u hlorofil za dalju transformaciju.
Pigmenti: tako različiti
Osim nekihvarijeteti karotenoida, pigmenti koji se zovu auroni, halkoni imaju žutu boju. Njihova hemijska struktura je na mnogo načina slična flavonima. Takvi pigmenti se ne javljaju često u prirodi. Pronađeni su u letcima, cvatovima oksalisa i zmajeva, daju boju koreopsisa. Takvi pigmenti ne podnose duvanski dim. Ako biljku fumigirate cigaretom, ona će odmah postati crvena. Biološka sinteza koja se odvija u biljnim ćelijama uz učešće halkona dovodi do stvaranja flavonola, flavona, aurona.
I životinje i biljke imaju melanin. Ovaj pigment daje smeđu nijansu kosi, zahvaljujući tome kovrče mogu pocrniti. Ako stanice ne sadrže melanin, predstavnici životinjskog svijeta postaju albinosi. U biljkama se pigment nalazi u kožici crvenog grožđa iu nekim cvatovima u laticama.
Plava i više
Vegetacija dobija svoju plavu nijansu zahvaljujući fitohromu. To je proteinski biljni pigment odgovoran za kontrolu cvjetanja. Reguliše klijanje semena. Poznato je da fitokrom može ubrzati cvjetanje nekih predstavnika biljnog svijeta, dok drugi imaju suprotan proces usporavanja. Donekle se može uporediti sa satom, ali biološkim. U ovom trenutku, naučnici još ne znaju sve specifičnosti mehanizma djelovanja pigmenta. Utvrđeno je da je struktura ovog molekula prilagođena dobu dana i svjetlosti, prenoseći biljci informacije o nivou svjetlosti u okolini.
Plavi pigment unutrabiljke - antocijanin. Međutim, postoji nekoliko varijanti. Antocijani ne daju samo plavu boju, već i ružičastu, oni takođe objašnjavaju crvenu i lila boje, ponekad tamnu, bogato ljubičastu. Aktivno stvaranje antocijana u biljnim stanicama se opaža kada temperatura okoline padne, prestaje stvaranje hlorofila. Boja lišća se mijenja od zelene do crvene, crvene, plave. Zahvaljujući antocijanima, ruže i mak imaju svijetlo grimizno cvijeće. Isti pigment objašnjava nijanse cvasti geranija i različka. Zahvaljujući plavoj varijanti antocijana, zvončići imaju svoju nježnu boju. Određene sorte ove vrste pigmenta uočene su u grožđu, crvenom kupusu. Antocijanini obezbeđuju bojenje šljake, šljive.
Svijetlo i tamno
Poznati žuti pigment, koji su naučnici nazvali antoklor. Nađen je u koži latica jaglaca. Antohlor se nalazi u jaglacima, cvatovima ovna. Bogate su makom žutih sorti i dalijama. Ovaj pigment daje ugodnu boju cvatovima krastače lana, plodovima limuna. Identificiran je u nekim drugim biljkama.
Anthofein je relativno rijedak u prirodi. Ovo je tamni pigment. Zahvaljujući njemu na vjenčiću nekih mahunarki pojavljuju se specifične mrlje.
Sve svijetle pigmente je priroda osmislila za specifične boje predstavnika biljnog svijeta. Zahvaljujući ovoj boji, biljka privlači ptice i životinje. Ovo osigurava širenje sjemena.
O ćelijama i strukturi
Pokušavam utvrditikoliko jako boja biljaka zavisi od pigmenata, kako su ovi molekuli raspoređeni, zašto je neophodan ceo proces pigmentacije, naučnici su otkrili da su plastidi prisutni u biljnom telu. Ovo je naziv za mala tijela koja mogu biti obojena, ali su i bezbojna. Takva tijela su samo i isključivo među predstavnicima biljnog svijeta. Svi plastidi su podijeljeni na kloroplaste zelene boje, kromoplaste obojene u različitim varijacijama crvenog spektra (uključujući žute i prijelazne nijanse) i leukoplaste. Potonji nemaju nikakve nijanse.
Normalno, biljna ćelija sadrži jednu vrstu plastida. Eksperimenti su pokazali sposobnost ovih tijela da se transformiraju iz tipa u tip. Kloroplasti se nalaze u svim zelenim biljnim organima. Leukoplasti se češće opažaju u dijelovima skrivenim od direktnih sunčevih zraka. Ima ih mnogo u rizomima, nalaze se u gomoljima, česticama sita nekih vrsta biljaka. Kromoplasti su tipični za latice, zrele plodove. Tilakoidne membrane su obogaćene hlorofilom i karotenoidima. Leukoplasti ne sadrže pigmentne molekule, ali mogu biti mjesto za procese sinteze, akumulacije hranljivih jedinjenja - proteina, skroba, povremeno masti.
Reakcije i transformacije
Proučavajući fotosintetske pigmente viših biljaka, naučnici su otkrili da su hromoplasti obojeni crveno, zbog prisustva karotenoida. Općenito je prihvaćeno da su hromoplasti završni korak u razvoju plastida. Vjerovatno se pojavljuju tokom transformacije leuko-, hloroplasta kada stare. U velikoj mjeriPrisustvo takvih molekula određuje boju lišća u jesen, kao i svijetlo, oku ugodno cvijeće i plodove. Karotenoide proizvode alge, biljni plankton i biljke. Mogu ih proizvesti neke bakterije, gljivice. Karotenoidi su odgovorni za boju živih predstavnika biljnog svijeta. Neke životinje imaju sisteme biohemije, zahvaljujući kojima se karotenoidi pretvaraju u druge molekule. Sirovina za takvu reakciju se dobija iz hrane.
Prema opažanjima ružičastih flamingosa, ove ptice sakupljaju i filtriraju spirulinu i neke druge alge da bi dobile žuti pigment iz kojeg se potom pojavljuju kantaksantin, astaksantin. Upravo ovi molekuli daju perju ptica tako lijepu boju. Mnoge ribe i ptice, rakovi i insekti imaju jarku boju zbog karotenoida, koji se dobijaju hranom. Beta-karoten se pretvara u neke vitamine koji se koriste za dobrobit ljudi - štite oči od ultraljubičastog zračenja.
Crvena i zelena
Kad smo već kod fotosintetskih pigmenata viših biljaka, treba napomenuti da oni mogu apsorbirati fotone svjetlosnih valova. Napominje se da se to odnosi samo na dio spektra vidljiv ljudskom oku, odnosno za valnu dužinu u rasponu od 400-700 nm. Biljne čestice mogu apsorbirati samo kvante koji imaju dovoljne rezerve energije za reakciju fotosinteze. Apsorpcija je isključivo odgovornost pigmenata. Naučnici su proučavali najstarije oblike života u biljnom svijetu - bakterije, alge. Utvrđeno je da sadrže različite spojeve koji mogu prihvatiti svjetlost u vidljivom spektru. Neke sorte mogu primiti svjetlosne valove zračenja koje ljudsko oko ne percipira - iz bloka blizu infracrvenog zračenja. Osim klorofila, takva funkcionalnost je po prirodi pripisana bakteriorhodopsinu, bakterioklorofilima. Istraživanja su pokazala značaj za reakcije sinteze fikobilina, karotenoida.
Različitost biljnih fotosintetskih pigmenata razlikuje se od grupe do grupe. Mnogo toga određuju uslovi u kojima živi oblik života. Predstavnici višeg biljnog svijeta imaju manji izbor pigmenata od evolucijski drevnih sorti.
O čemu se radi?
Proučavajući fotosintetske pigmente biljaka, otkrili smo da viši biljni oblici imaju samo dvije varijante hlorofila (spomenuti ranije A, B). Obje ove vrste su porfirini koji imaju atom magnezija. Oni su pretežno uključeni u komplekse za prikupljanje svjetlosti koji apsorbiraju svjetlosnu energiju i usmjeravaju je u reakcione centre. Centri sadrže relativno mali postotak ukupnog hlorofila tipa 1 prisutnog u biljci. Ovdje se odvijaju primarne interakcije karakteristične za fotosintezu. Hlorofil je praćen karotenoidima: kako su naučnici otkrili, obično ih ima pet varijanti, ne više. Ovi elementi također prikupljaju svjetlost.
Otopljeni, hlorofili, karotenoidi su biljni pigmenti koji imaju uske trake apsorpcije svjetlosti koje su prilično udaljene jedna od druge. Hlorofil ima sposobnost da najefikasnijeapsorbuju plave talase, mogu da rade sa crvenim, ali veoma slabo hvataju zeleno svetlo. Širenje i preklapanje spektra osiguravaju hloroplasti izolirani iz listova biljke bez većih poteškoća. Membrane kloroplasta razlikuju se od otopina, jer se komponente boje kombiniraju s proteinima, mastima, međusobno reagiraju, a energija migrira između kolektora i akumulacijskih centara. Ako uzmemo u obzir spektar apsorpcije svjetlosti lista, ispostavit će se da je još složeniji, zaglađeniji od jednog hloroplasta.
Refleksija i apsorpcija
Proučavajući pigmente biljnog lista, naučnici su otkrili da se određeni procenat svetlosti koja pada na list reflektuje. Ovaj fenomen je podijeljen u dvije varijante: ogledalo, difuzno. Za prvi kažu ako je površina sjajna, glatka. Refleksija lima je pretežno formirana od strane druge vrste. Svjetlost prodire u debljinu, raspršuje se, mijenja smjer, jer i u vanjskom sloju i unutar lima postoje razdjelne površine s različitim indeksima prelamanja. Slični efekti se primećuju kada svetlost prolazi kroz ćelije. Nema jake apsorpcije, optička putanja je mnogo veća od debljine lima, mereno geometrijski, i list je u stanju da apsorbuje više svetlosti od pigmenta koji se iz njega izdvaja. Listovi takođe apsorbuju mnogo više energije od hloroplasta koji su proučavani odvojeno.
Zato što postoje različiti biljni pigmenti - crveni, zeleni i tako dalje - respektivno, fenomen apsorpcije je neujednačen. List je u stanju da percipira svjetlost različitih talasnih dužina, ali je efikasnost procesa odlična. Najveći kapacitet apsorpcije zelenog lišća svojstven je ljubičastom bloku spektra, crvenoj, plavoj i plavoj. Jačina apsorpcije praktički nije određena koliko su koncentrirani hlorofili. To je zbog činjenice da medij ima veliku moć raspršenja. Ako se pigmenti posmatraju u visokoj koncentraciji, apsorpcija se dešava blizu površine.
