Tutkijat tietävät, mitä kasvipigmentit ovat - vihreä ja violetti, keltainen ja punainen. Kasvipigmenttejä kutsutaan orgaanisiksi molekyyleiksi, joita löytyy kudoksista, kasviorganismin soluista - tällaisten sulkeumien ansiosta ne saavat värin. Luonnossa klorofylliä löytyy useammin kuin muita, mikä on läsnä minkä tahansa korkeamman kasvin kehossa. Oranssi, punertava sävy, kellertäviä sävyjä tarjoavat karotenoidit.
Ja lisätietoja?
Kasvipigmenttejä löytyy kromo-, kloroplasteista. Kaiken kaikkiaan nykyaikainen tiede tuntee useita satoja tämän tyyppisiä yhdisteitä. Vaikuttava prosenttiosuus kaikista löydetyistä molekyyleistä tarvitaan fotosynteesiin. Kuten testit ovat osoittaneet, pigmentit ovat retinolin lähteitä. Vaaleanpunaiset ja punaiset sävyt, ruskean ja sinertävän värin muunnelmia tarjoavat antosyaanien läsnäolo. Tällaisia pigmenttejä havaitaan kasvisolumehlassa. Kun päivät lyhenevät kylmänä vuodenaikana,pigmentit reagoivat muiden kasvin kehossa olevien yhdisteiden kanssa aiheuttaen aiemmin vihreiden osien värin muuttumisen. Puiden lehdistä tulee kirkkaita ja värikkäitä - samaan syksyyn, johon olemme tottuneet.
Kuuluisin
Ehkä melkein jokainen lukiolainen tietää klorofyllistä, fotosynteesille välttämättömästä kasvipigmentistä. Tämän yhdisteen ansiosta kasvimaailman edustaja voi imeä auringon valoa. Kuitenkin planeetallamme ei vain kasveja voi olla olemassa ilman klorofylliä. Kuten lisätutkimukset ovat osoittaneet, tämä yhdiste on ehdottoman välttämätön ihmiskunnalle, koska se tarjoaa luonnollisen suojan syöpäprosesseja vastaan. On todistettu, että pigmentti estää syöpää aiheuttavia aineita ja takaa DNA-suojan myrkyllisten yhdisteiden vaikutuksen alaisia mutaatioita vastaan.
Klorofylli on kasvien vihreä pigmentti, joka edustaa kemiallisesti molekyyliä. Se sijaitsee kloroplasteissa. Se johtuu tällaisesta molekyylistä, että nämä alueet ovat väriltään vihreitä. Rakenteeltaan molekyyli on porfyriinirengas. Tämän spesifisyyden vuoksi pigmentti muistuttaa hemiä, joka on hemoglobiinin rakenneosa. Keskeinen ero on keskusatomissa: heemissä rauta tulee tilalle, klorofyllille magnesium on merkittävin. Tutkijat havaitsivat tämän tosiasian ensimmäisen kerran vuonna 1930. Tapahtuma sattui 15 vuotta sen jälkeen, kun Willstatter löysi aineen.
Kemia ja biologia
Ensinnäkin tutkijat havaitsivat, että kasvien vihreää pigmenttiä on kahta lajiketta, joille annettiin nimet kahdellelatinalaisten aakkosten ensimmäiset kirjaimet. Lajikkeiden välinen ero, vaikkakin pieni, on edelleen olemassa, ja se näkyy parhaiten sivuketjujen analysoinnissa. Ensimmäisessä lajikkeessa CH3 on roolinsa, toisessa lajikkeessa - CHO. Molemmat klorofyllin muodot kuuluvat aktiivisten fotoreseptorien luokkaan. Niiden ansiosta kasvi pystyy absorboimaan auringon säteilyn energiakomponentin. Myöhemmin tunnistettiin kolme muuta klorofyllityyppiä.
Tieteessä kasvien vihreää pigmenttiä kutsutaan klorofylliksi. Tämän korkeammalle kasvillisuudelle ominaisen molekyylin kahden päälajikkeen välisiä eroja tutkiessa havaittiin, että pigmentin absorboima aallonpituudet ovat hieman erilaisia tyypeillä A ja B. Itse asiassa tutkijoiden mukaan lajikkeet täydentävät tehokkaasti kumpaakin. muut, mikä antaa kasville mahdollisuuden maksimoida tarvittava energiamäärä. Normaalisti ensimmäisen tyyppistä klorofylliä havaitaan yleensä kolme kertaa suurempana pitoisuutena kuin toista. Yhdessä ne muodostavat vihreän kasvipigmentin. Kolme muuta tyyppiä löytyy vain muinaisista kasvillisuuden muodoista.
Molekyylien ominaisuudet
Kasvipigmenttien rakennetta tutkiessa havaittiin, että molemmat klorofyllityypit ovat rasvaliukoisia molekyylejä. Laboratorioissa luodut synteettiset lajikkeet liukenevat veteen, mutta niiden imeytyminen elimistöön on mahdollista vain rasvayhdisteiden läsnä ollessa. Kasvit käyttävät pigmenttiä saadakseen energiaa kasvuun. Ihmisten ruokavaliossa sitä käytetään palautumiseen.
Klorofylli, kutenhemoglobiini voi toimia normaalisti ja tuottaa hiilihydraatteja ollessaan yhteydessä proteiiniketjuihin. Visuaalisesti proteiini näyttää olevan muodostuma ilman selkeää järjestelmää ja rakennetta, mutta se on itse asiassa oikea, ja siksi klorofylli voi säilyttää vakaasti optimaalisen asemansa.
Toimintaominaisuudet
Tutkijat, jotka tutkivat tätä korkeampien kasvien pääpigmenttiä, havaitsivat, että sitä löytyy kaikista vihreistä: luettelo sisältää vihannekset, levät ja bakteerit. Klorofylli on täysin luonnollinen yhdiste. Luonteeltaan sillä on suojelijan ominaisuuksia ja se estää DNA:n transformaatiota, mutaatiota myrkyllisten yhdisteiden vaikutuksen alaisena. Erityistä tutkimustyötä järjestettiin tutkimuslaitoksen Intian kasvitieteellisessä puutarhassa. Kuten tutkijat ovat havainneet, tuoreista yrteistä saatu klorofylli voi suojata myrkyllisiltä yhdisteiltä, patologisilta bakteereilta ja myös rauhoittaa tulehdusta.
Klorofylli on lyhytikäinen. Nämä molekyylit ovat erittäin hauraita. Auringon säteet johtavat pigmentin kuolemaan, mutta vihreä lehti pystyy tuottamaan uusia ja uusia molekyylejä, jotka korvaavat toverinsa palvelleet. Syksyllä klorofylliä ei enää tuoteta, joten lehdet menettää värinsä. Muut pigmentit tulevat esiin, aiemmin piilossa ulkopuolisen tarkkailijan silmiltä.
Monimuotoisuudella ei ole rajoituksia
Nykyajan tutkijoiden tuntema kasvipigmenttien valikoima on poikkeuksellisen laaja. Vuosi vuodelta tutkijat löytävät yhä enemmän uusia molekyylejä. Suhteellisen hiljattain suoritettututkimukset ovat tehneet mahdolliseksi lisätä kolme muuta tyyppiä kahteen edellä mainittuun klorofyllilajikkeeseen: C, C1, E. Tyyppiä A pidetään kuitenkin edelleen tärkeimpänä. Mutta karotenoidit ovat jopa monipuolisempi. Tämä pigmenttiluokka on tieteen tiedossa hyvin tunnettu - juuri niiden ansiosta porkkanajuuret, monet vihannekset, sitrushedelmät ja muut kasvimaailman lahjat saavat sävyjä. Lisätestit ovat osoittaneet, että kanarialinsseilla on keltaiset höyhenet karotenoidien vuoksi. Ne antavat myös munankeltuaiselle väriä. Karotenoidien runsauden vuoksi Aasian asukkailla on erikoinen ihonväri.
Ihmisellä tai eläinmaailman edustajilla ei ole sellaisia biokemian piirteitä, jotka mahdollistaisivat karotenoidien tuotannon. Nämä aineet esiintyvät A-vitamiinin perusteella. Tämän todistavat kasvipigmenttien havainnot: jos kana ei saanut kasvillisuutta ruuan mukana, munankeltuaiset ovat hyvin heikosti sävyisiä. Jos kanarialle on syötetty suuri määrä punaisilla karotenoideilla rikastettua ruokaa, sen höyhenet saavat kirkkaan punaisen sävyn.
Uusia ominaisuuksia: karotenoidit
Kasvien keltaista pigmenttiä kutsutaan karoteeniksi. Tutkijat ovat havainneet, että ksantofyllit antavat punaisen sävyn. Tiedeyhteisön tuntemien näiden kahden tyypin edustajien määrä kasvaa jatkuvasti. Vuonna 1947 tiedemiehet tiesivät noin seitsemän tusinaa karotenoideja, ja vuonna 1970 niitä oli jo yli kaksisataa. Jossain määrin tämä muistuttaa fysiikan alan tiedon edistymistä: ensin he tiesivät atomeista, sitten elektroneista ja protoneista, ja myöhemmin paljastettiinjopa pienempiä hiukkasia, joiden nimeämiseen käytetään vain kirjaimia. Voidaanko alkuainehiukkasista puhua? Kuten fyysikkojen testit ovat osoittaneet, on liian aikaista käyttää tällaista termiä - tiedettä ei ole vielä kehitetty siinä määrin, että niitä olisi voitu löytää, jos ollenkaan. Samanlainen tilanne on kehittynyt pigmenttien kanssa - vuosi vuodelta löydetään uusia lajeja ja tyyppejä, ja biologit ovat vain yllättyneitä, eivätkä pysty selittämään monimuotoisuutta.
Tietoja toiminnoista
Korkeampien kasvien pigmentteihin osallistuvat tiedemiehet eivät voi vielä selittää, miksi ja miksi luonto on tarjonnut niin laajan valikoiman pigmenttimolekyylejä. Joidenkin yksittäisten lajikkeiden toimivuus on paljastunut. On todistettu, että karoteenia tarvitaan varmistamaan klorofyllimolekyylien turvallisuus hapettumiselta. Suojamekanismi johtuu fotosynteesireaktion aikana lisätuotteena muodostuvan singlettihapen ominaisuuksista. Tämä yhdiste on erittäin aggressiivinen.
Toinen kasvisolujen keltaisen pigmentin ominaisuus on sen kyky suurentaa fotosynteesiprosessiin tarvittavaa aallonpituusväliä. Tällä hetkellä tällaista funktiota ei ole tarkasti todistettu, mutta paljon on tutkittu, että hypoteesin lopullinen todiste ei ole kaukana. Keltaiset pigmenttimolekyylit absorboivat säteet, joita vihreä kasvipigmentti ei voi absorboida. Energia ohjataan sitten klorofylliin edelleen muuntamista varten.
Pigmentit: niin erilaisia
Paitsi joitaineri karotenoidit, pigmentit, joita kutsutaan auroniksi, ja kalkonit ovat keltaisia. Niiden kemiallinen rakenne on monella tapaa samanlainen kuin flavonit. Tällaisia pigmenttejä ei esiinny kovin usein luonnossa. Niitä löydettiin lehtisistä, oksalisten ja lohikäärmeiden kukinnoista, ne tarjoavat coreopsisin värin. Tällaiset pigmentit eivät siedä tupakansavua. Jos kaasutat kasvin savukkeella, se muuttuu välittömästi punaiseksi. Kasvisoluissa kalkonien mukana tapahtuva biologinen synteesi johtaa flavonolien, flavonien ja auronien muodostumiseen.
Sekä eläimissä että kasveissa on melaniinia. Tämä pigmentti antaa hiuksille ruskean sävyn, sen ansiosta kiharat voivat muuttua mustiksi. Jos solut eivät sisällä melaniinia, eläinmaailman edustajista tulee albiinoja. Kasveissa pigmenttiä löytyy punaisten viinirypäleiden kuoresta ja joissakin kukinnoissa terälehdistä.
Sininen ja enemmän
Kasvillisuus saa sinisen sävynsä fytokromin ansiosta. Se on proteiinikasvien pigmentti, joka vastaa kukinnan hallinnasta. Se säätelee siementen itämistä. Tiedetään, että fytokromi voi nopeuttaa joidenkin kasvimaailman edustajien kukintaa, kun taas toisilla on päinvastainen hidastusprosessi. Jossain määrin sitä voidaan verrata kelloon, mutta biologinen. Tällä hetkellä tutkijat eivät vielä tiedä kaikkia pigmentin toimintamekanismin yksityiskohtia. Todettiin, että tämän molekyylin rakennetta säätelevät vuorokaudenajat ja valo, mikä välittää tietoa ympäristön valon tasosta kasveille.
Sinistä pigmenttiäkasvit - antosyaani. Lajikkeita on kuitenkin useita. Antosyaanit eivät anna vain sinistä väriä, vaan myös vaaleanpunaista, ne selittävät myös punaisen ja lilan värin, joskus tumman, täyteläisen violetin. Antosyaanien aktiivista muodostumista kasvisoluissa havaitaan, kun ympäristön lämpötila laskee, klorofyllin muodostuminen lakkaa. Lehtien väri muuttuu vihreästä punaiseksi, punaiseksi, siniseksi. Antosyaanien ansiosta ruusuilla ja unikoilla on kirkkaanpunaisia kukkia. Sama pigmentti selittää geraniumin ja ruiskukan kukintojen sävyt. Antosyaanien sinisen lajikkeen ansiosta sinikelloilla on herkkä väri. Tiettyjä tämän tyyppisen pigmentin lajikkeita havaitaan viinirypäleissä, punakaalissa. Antosyaanit antavat värjäystä sloille, luumulle.
Kirkas ja tumma
Tunnettu keltainen pigmentti, jota tiedemiehet kutsuivat antokloriksi. Se löydettiin esikoisen terälehtien ihosta. Antoklooria löytyy esikoista, pässin kukinnoista. Niissä on runsaasti keltaisten lajikkeiden unikkoja ja daaliaa. Tämä pigmentti antaa miellyttävän värin rupikonnapellavan kukintoille, sitruunahedelmille. Se on tunnistettu joissakin muissa kasveissa.
Antofeiini on suhteellisen harvinainen luonnossa. Tämä on tumma pigmentti. Hänen ansiostaan joidenkin palkokasvien terippiin ilmestyy erityisiä täpliä.
Kaikki kirkkaat pigmentit ovat luonnon luomia kasvimaailman edustajien erityistä väritystä varten. Tämän värityksen ansiosta kasvi houkuttelee lintuja ja eläimiä. Tämä varmistaa siementen leviämisen.
Tietoja soluista ja rakenteesta
Yritetään määrittääkuinka voimakkaasti kasvien väri riippuu pigmenteistä, kuinka nämä molekyylit on järjestetty, miksi koko pigmentaatioprosessi on välttämätön, tutkijat ovat havainneet, että kasvin kehossa on plastideja. Tämä on nimi pienille kappaleille, jotka voivat olla värillisiä, mutta myös värittömiä. Tällaiset pienet ruumiit ovat vain ja yksinomaan kasvimaailman edustajien joukossa. Kaikki plastidit jaettiin vihreäsävyisiin kloroplasteihin, punaisen spektrin eri variaatioilla värjäytyneisiin kromoplasteihin (mukaan lukien keltaiset ja siirtymäsävyt) ja leukoplasteihin. Jälkimmäisissä ei ole sävyjä.
Normaalisti kasvisolu sisältää yhden plastidien lajikkeen. Kokeet ovat osoittaneet näiden kappaleiden kyvyn muuttua tyypistä toiseen. Kloroplasteja löytyy kaikista vihervärjäytyneistä kasvien elimistä. Leukoplasteja havaitaan useammin osissa, jotka ovat piilossa suorilta auringonsäteiltä. Niitä on monia juurakoissa, niitä löytyy mukuloista, joidenkin kasvien seulahiukkasista. Kromoplastit ovat tyypillisiä terälehdille, kypsille hedelmille. Tylakoidikalvot ovat rikastettuja klorofyllillä ja karotenoideilla. Leukoplastit eivät sisällä pigmenttimolekyylejä, mutta ne voivat olla paikka synteesiprosesseille, ravintoyhdisteiden kertymiselle - proteiinit, tärkkelys, joskus rasvat.
Reaktiot ja muunnokset
Tutkiessaan korkeampien kasvien fotosynteettisiä pigmenttejä, tiedemiehet ovat havainneet, että kromoplastit ovat värjätty punaisiksi karotenoidien esiintymisen vuoksi. On yleisesti hyväksyttyä, että kromoplastit ovat viimeinen vaihe plastidien kehityksessä. Ne ilmenevät luultavasti leuko-, kloroplastien muuntumisen aikana vanhetessaan. Enimmäkseentällaisten molekyylien läsnäolo määrää lehtien värin syksyllä sekä kirkkaat, silmää miellyttävät kukat ja hedelmät. Karotenoideja tuottavat levät, kasviplankton ja kasvit. Jotkut bakteerit, sienet voivat tuottaa niitä. Karotenoidit ovat vastuussa kasvimaailman elävien edustajien väristä. Joillakin eläimillä on biokemiallisia järjestelmiä, joiden ansiosta karotenoidit muuttuvat muiksi molekyyleiksi. Tällaisen reaktion raaka-aine saadaan ruoasta.
Vaaleanpunaisista flamingoista tehtyjen havaintojen mukaan nämä linnut keräävät ja suodattavat spirulinaa ja joitain muita leviä saadakseen keltaisen pigmentin, josta kantaksantiini, astaksantiini sitten ilmaantuu. Juuri nämä molekyylit antavat linnun höyhenpeitteelle niin kauniin värin. Monilla kaloilla ja linnuilla, rapuilla ja hyönteisillä on kirkas väri ravinnosta saatavien karotenoidien ansiosta. Beetakaroteeni muuttuu vitamiineiksi, joita käytetään ihmisen hyödyksi - ne suojaavat silmiä ultraviolettisäteilyltä.
Punainen ja vihreä
Korkempien kasvien fotosynteettisistä pigmenteistä puhuttaessa on huomattava, että ne voivat absorboida valoa altojen fotoneja. On huomattava, että tämä koskee vain ihmissilmälle näkyvää spektrin osaa, toisin sanoen aallonpituutta alueella 400-700 nm. Kasvihiukkaset voivat absorboida vain kvantteja, joilla on riittävät energiavarat fotosynteesireaktioon. Imeytyminen on yksinomaan pigmenttien vastuulla. Tiedemiehet ovat tutkineet kasvimaailman vanhimpia elämänmuotoja - bakteereja, leviä. On todettu, että ne sisältävät erilaisia yhdisteitä, jotka voivat vastaanottaa valoa näkyvässä spektrissä. Jotkut lajikkeet voivat vastaanottaa valoa säteilyä, jota ihmissilmä ei havaitse - infrapuna-alueen läheltä. Klorofyllien lisäksi tällainen toiminnallisuus on luonnostaan osoitettu bakteriorodopsiinille, bakterioklorofylleille. Tutkimukset ovat osoittaneet tärkeyden fykobiliinien, karotenoidien synteesireaktioissa.
Kasvien fotosynteettisten pigmenttien monimuotoisuus vaihtelee ryhmittäin. Paljon riippuu olosuhteista, joissa elämänmuoto elää. Korkeamman kasvimaailman edustajilla on pienempi valikoima pigmenttejä kuin evoluution muinaisilla lajikkeilla.
Mistä siinä on kyse?
Kasvien fotosynteettisiä pigmenttejä tutkiessamme havaitsimme, että korkeammissa kasvimuodoissa on vain kaksi klorofyllityyppiä (mainittu aiemmin A, B). Molemmat näistä tyypeistä ovat porfyriinejä, joissa on magnesiumatomi. Ne sisältyvät pääasiassa valoa kerääviin komplekseihin, jotka absorboivat valoenergiaa ja ohjaavat sen reaktiokeskuksiin. Keskukset sisältävät suhteellisen pienen prosenttiosuuden kasvin tyypin 1 klorofyllin kokonaismäärästä. Täällä tapahtuvat fotosynteesille ominaiset ensisijaiset vuorovaikutukset. Klorofyllin mukana on karotenoideja: kuten tutkijat ovat havainneet, niitä on yleensä viisi lajiketta, ei enempää. Nämä elementit keräävät myös valoa.
Klorofyllit ja karotenoidit ovat liuenneita kasvipigmenttejä, joissa on kapeat valon absorptionauhat, jotka ovat melko kaukana toisistaan. Klorofyllillä on kyky tehokkaimminimevät sinisiä a altoja, ne voivat toimia punaisten a altojen kanssa, mutta ne vangitsevat vihreää valoa erittäin heikosti. Spektrin laajeneminen ja päällekkäisyys saadaan aikaan kasvin lehdistä eristetyillä kloroplastilla ilman suurempia vaikeuksia. Kloroplastikalvot eroavat liuoksista, koska väriainekomponentit yhdistyvät proteiinien, rasvojen kanssa, reagoivat keskenään ja energia kulkee keräilijöiden ja akkumulaatiokeskusten välillä. Jos otamme huomioon lehden valon absorptiospektrin, se osoittautuu vieläkin monimutkaisemmaksi, tasoittuneeksi kuin yksittäinen kloroplasti.
Heijastus ja absorptio
Tutkiessaan kasvin lehtien pigmenttejä tiedemiehet ovat havainneet, että tietty prosenttiosuus lehtiin osuvasta valosta heijastuu. Tämä ilmiö jaettiin kahteen lajikkeeseen: peili, diffuusi. He sanovat ensimmäisestä, jos pinta on kiiltävä, sileä. Arkin heijastuksen muodostaa pääasiassa toinen tyyppi. Valo tunkeutuu paksuuteen, hajoaa, muuttaa suuntaa, koska sekä ulkokerroksessa että levyn sisällä on erotuspintoja, joilla on erilaiset taitekertoimet. Samanlaisia vaikutuksia havaitaan, kun valo kulkee solujen läpi. Ei ole voimakasta absorptiota, optinen polku on paljon suurempi kuin levyn paksuus geometrisesti mitattuna ja arkki pystyy absorboimaan enemmän valoa kuin siitä uutettu pigmentti. Lehdet myös imevät paljon enemmän energiaa kuin erikseen tutkitut kloroplastit.
Koska kasvipigmenttejä on erilaisia - punaisia, vihreitä ja niin edelleen - vastaavasti, imeytymisilmiö on epätasainen. Levy pystyy havaitsemaan eri aallonpituuksilla olevan valon, mutta prosessin tehokkuus on erinomainen. Vihreän lehtien korkein absorptiokyky on ominaista spektrin violetille lohkolle, punaiselle, siniselle ja siniselle. Imeytymisvoimakkuus ei käytännössä määräydy klorofyllien konsentraatioiden perusteella. Tämä johtuu siitä, että väliaineella on korkea sirontateho. Jos pigmenttejä havaitaan suurina pitoisuuksina, imeytyminen tapahtuu lähellä pintaa.
