Forskere ved, hvad plantepigmenter er - grøn og lilla, gul og rød. Plantepigmenter kaldes organiske molekyler, der findes i væv, celler i en planteorganisme - det er takket være sådanne indeslutninger, at de får farve. I naturen findes klorofyl oftere end andre, som er til stede i kroppen af enhver højere plante. Orange, rødlig tone, gullige nuancer leveres af carotenoider.
Og flere detaljer?
Plantepigmenter findes i kromo-, kloroplaster. I alt kender moderne videnskab flere hundrede varianter af forbindelser af denne type. En imponerende procentdel af alle opdagede molekyler er nødvendige for fotosyntese. Som test har vist, er pigmenter kilder til retinol. Pink og røde nuancer, variationer af brune og blålige farver leveres af tilstedeværelsen af anthocyaniner. Sådanne pigmenter observeres i plantecellesaft. Når dagene bliver kortere i den kolde årstid,pigmenter reagerer med andre forbindelser, der findes i plantens krop, hvilket får farven på de tidligere grønne dele til at ændre sig. Træernes løv bliver lyst og farverigt - samme efterår som vi er vant til.
Den mest berømte
Måske kender næsten alle gymnasieelever til klorofyl, et plantepigment, der er nødvendigt for fotosyntese. På grund af denne forbindelse kan en repræsentant for planteverdenen absorbere solens lys. Men på vores planet kan ikke kun planter eksistere uden klorofyl. Som yderligere undersøgelser har vist, er denne forbindelse helt uundværlig for menneskeheden, da den giver naturlig beskyttelse mod kræftprocesser. Det er blevet bevist, at pigmentet hæmmer kræftfremkaldende stoffer og garanterer DNA-beskyttelse mod mutationer under påvirkning af giftige forbindelser.
Klorofyl er planters grønne pigment, der kemisk repræsenterer et molekyle. Det er lokaliseret i kloroplaster. Det er på grund af et sådant molekyle, at disse områder er farvet grønne. I sin struktur er molekylet en porfyrinring. På grund af denne specificitet ligner pigmentet hæm, som er et strukturelt element i hæmoglobin. Nøgleforskellen er i det centrale atom: i hæm indtager jern sin plads; for klorofyl er magnesium det mest betydningsfulde. Forskere opdagede først dette faktum i 1930. Hændelsen fandt sted 15 år efter, at Willstatter opdagede stoffet.
Kemi og biologi
For det første fandt forskerne ud af, at det grønne pigment i planter findes i to varianter, som blev givet navn til tode første bogstaver i det latinske alfabet. Forskellen mellem varianterne, selvom den er lille, er der stadig, og er mest mærkbar i analysen af sidekæder. For den første sort spiller CH3 deres rolle, for den anden type - CHO. Begge former for klorofyl tilhører klassen af aktive fotoreceptorer. På grund af dem kan planten absorbere energikomponenten af solstråling. Efterfølgende blev yderligere tre typer klorofyl identificeret.
I videnskaben kaldes det grønne pigment i planter klorofyl. Ved at undersøge forskellene mellem de to hovedvarianter af dette molekyle, der er iboende i højere vegetation, blev det fundet, at de bølgelængder, der kan absorberes af pigmentet, er noget forskellige for type A og B. Faktisk, ifølge videnskabsmænd, komplementerer sorterne effektivt hver andet, hvilket giver planten evnen til at maksimere absorbere den nødvendige mængde energi. Norm alt ses den første type klorofyl norm alt i en tre gange højere koncentration end den anden. Sammen danner de et grønt plantepigment. Tre andre typer findes kun i gamle former for vegetation.
Funktioner ved molekyler
Ved at studere strukturen af plantepigmenter, blev det fundet, at begge typer klorofyl er fedtopløselige molekyler. Syntetiske sorter skabt i laboratorier opløses i vand, men deres absorption i kroppen er kun mulig i nærværelse af fedtstoffer. Planter bruger pigment til at give energi til vækst. I menneskers kost bruges det med henblik på restitution.
Klorofyl, ligesomhæmoglobin kan fungere norm alt og producere kulhydrater, når det er forbundet med proteinkæder. Visuelt ser proteinet ud til at være en formation uden et klart system og struktur, men det er faktisk korrekt, og derfor kan klorofyl stabilt bevare sin optimale position.
Aktivitetsfunktioner
Forskere, der studerede dette hovedpigment fra højere planter, fandt ud af, at det findes i alle grøntsager: listen omfatter grøntsager, alger, bakterier. Klorofyl er en helt naturlig forbindelse. Af natur har det egenskaberne som en beskytter og forhindrer transformation, mutation af DNA under påvirkning af giftige forbindelser. Særligt forskningsarbejde blev organiseret i den indiske botaniske have på forskningsinstituttet. Som videnskabsmænd har opdaget, kan klorofyl opnået fra friske urter beskytte mod giftige forbindelser, patologiske bakterier og også beroliger aktiviteten af inflammation.
Klorofyl er kortvarig. Disse molekyler er meget skrøbelige. Solens stråler fører til pigmentets død, men det grønne blad er i stand til at generere nye og nye molekyler, der erstatter dem, der har tjent deres kammerater. I efterårssæsonen produceres der ikke længere klorofyl, så løvet mister sin farve. Andre pigmenter kommer frem, tidligere skjult for en ekstern iagttagers øjne.
Der er ingen grænse for variation
Udvalget af plantepigmenter, som moderne forskere kender, er usædvanligt stort. Fra år til år opdager forskere flere og flere nye molekyler. Relativt nyligt udførtundersøgelser har gjort det muligt at tilføje yderligere tre typer til de to ovenfor nævnte sorter af klorofyl: C, C1, E. Type A anses dog stadig for at være den vigtigste. Men carotenoider er ens. mere forskelligartet. Denne klasse af pigmenter er velkendt for videnskaben - det er på grund af dem, at gulerodsrødder, mange grøntsager, citrusfrugter og andre gaver fra planteverdenen får nuancer. Yderligere test har vist, at kanariefugle har gule fjer på grund af carotenoider. De giver også farve til æggeblommen. På grund af overfloden af carotenoider har asiatiske indbyggere en ejendommelig hudfarve.
Hverken mennesket eller repræsentanter for dyreverdenen har sådanne kendetegn ved biokemi, som ville tillade produktion af carotenoider. Disse stoffer vises på basis af vitamin A. Dette bevises af observationer på plantepigmenter: hvis kyllingen ikke modtog vegetation med mad, vil æggeblommerne have en meget svag skygge. Hvis en kanariefugl er blevet fodret med en stor mængde mad beriget med røde carotenoider, vil dens fjer få en lys rød nuance.
Kuriøse funktioner: Carotenoider
Det gule pigment i planter kaldes caroten. Forskere har fundet ud af, at xanthophyller giver en rød nuance. Antallet af repræsentanter for disse to typer, der er kendt af det videnskabelige samfund, stiger konstant. I 1947 vidste forskerne omkring syv dusin carotenoider, og i 1970 var der allerede mere end to hundrede. Til en vis grad er dette beslægtet med fremskridt inden for viden inden for fysik: først kendte de til atomer, derefter elektroner og protoner og afslørede efterfølgendeendnu mindre partikler, til hvis betegnelse kun anvendes bogstaver. Er det muligt at tale om elementarpartikler? Som fysikernes test har vist, er det for tidligt at bruge et sådant udtryk – videnskaben er endnu ikke udviklet i det omfang, det var muligt at finde dem, evt. En lignende situation har udviklet sig med pigmenter - fra år til år opdages nye arter og typer, og biologer er kun overraskede, ude af stand til at forklare den mangesidede natur.
Om funktioner
Forskere, der er involveret i pigmenter fra højere planter, kan endnu ikke forklare, hvorfor og hvorfor naturen har leveret så mange forskellige pigmentmolekyler. Funktionaliteten af nogle individuelle sorter er blevet afsløret. Det er blevet bevist, at caroten er nødvendigt for at sikre klorofylmolekylers sikkerhed mod oxidation. Beskyttelsesmekanismen skyldes egenskaberne ved singlet oxygen, som dannes under fotosyntesereaktionen som et ekstra produkt. Denne forbindelse er meget aggressiv.
En anden egenskab ved det gule pigment i planteceller er dets evne til at øge det bølgelængdeinterval, der kræves til fotosynteseprocessen. I øjeblikket er en sådan funktion ikke blevet bevist præcist, men der er lavet en del forskning, der tyder på, at det endelige bevis for hypotesen ikke er langt væk. De stråler, som det grønne plantepigment ikke kan optage, optages af de gule pigmentmolekyler. Energien ledes derefter til klorofyl for yderligere transformation.
Pigmenter: så forskellige
Med undtagelse af noglesorter af carotenoider, pigmenter kaldet auroner, chalconer har en gul farve. Deres kemiske struktur ligner på mange måder flavoner. Sådanne pigmenter forekommer ikke særlig ofte i naturen. De blev fundet i foldere, blomsterstande af oxalis og snapdragons, de giver farven på coreopsis. Sådanne pigmenter tåler ikke tobaksrøg. Hvis du desinficerer en plante med en cigaret, bliver den straks rød. Biologisk syntese, der forekommer i planteceller med deltagelse af chalconer, fører til dannelsen af flavonoler, flavoner, auroner.
Både dyr og planter har melanin. Dette pigment giver en brun farvetone til håret, det er takket være det, at krøllerne kan blive sorte. Hvis cellerne ikke indeholder melanin, bliver repræsentanter for dyreverdenen albinoer. Hos planter findes pigmentet i skindet på røde druer og i nogle blomsterstande i kronbladene.
Blå og mere
Vegetation får sin blå nuance takket være phytochrome. Det er et protein plantepigment, der er ansvarlig for at kontrollere blomstring. Det regulerer frøspiring. Det er kendt, at phytochrom kan fremskynde blomstringen af nogle repræsentanter for planteverdenen, mens andre har den modsatte proces med at bremse. Til en vis grad kan det sammenlignes med et ur, men biologisk. I øjeblikket kender forskerne endnu ikke alle detaljerne i pigmentets virkningsmekanisme. Det blev fundet, at strukturen af dette molekyle er justeret efter tidspunkt på dagen og lys, og transmitterer information om lysniveauet i miljøet til planten.
Blå pigment iplanter - anthocyanin. Der er dog flere varianter. Anthocyaniner giver ikke kun en blå farve, men også pink, de forklarer også de røde og lilla farver, nogle gange mørk, rig lilla. Aktiv dannelse af anthocyaniner i planteceller observeres, når den omgivende temperatur falder, dannelsen af klorofyl stopper. Farven på løvet skifter fra grøn til rød, rød, blå. Takket være anthocyaniner har roser og valmuer lyse skarlagenrøde blomster. Det samme pigment forklarer nuancerne af geranium- og kornblomstblomsterstande. Takket være den blå variant af anthocyanin har blåklokker deres sarte farve. Visse sorter af denne type pigment observeres i druer, rødkål. Anthocyaniner giver farvning af slåen, blommer.
Lys og mørk
Kendt gult pigment, som forskerne kaldte anthochlor. Det blev fundet i huden på primula kronblade. Anthochlor findes i primula, vædderblomsterstande. De er rige på valmuer af gule sorter og dahliaer. Dette pigment giver en behagelig farve til tudsehør-blomsterstande, citronfrugter. Det er blevet identificeret i nogle andre planter.
Anthofein er relativt sjælden i naturen. Dette er et mørkt pigment. Takket være ham opstår der specifikke pletter på kronen på nogle bælgplanter.
Alle lyse pigmenter er udtænkt af naturen til den specifikke farvning af repræsentanter for planteverdenen. Takket være denne farve tiltrækker planten fugle og dyr. Dette sikrer spredning af frø.
Om celler og struktur
Prøver at bestemmehvor stærkt planternes farve afhænger af pigmenter, hvordan disse molekyler er arrangeret, hvorfor hele pigmenteringsprocessen er nødvendig, har forskere opdaget, at plastider er til stede i plantekroppen. Dette er navnet på små kroppe, der kan være farvede, men også farveløse. Sådanne små kroppe er kun og udelukkende blandt repræsentanter for planteverdenen. Alle plastider blev opdelt i kloroplaster med en grøn farvetone, kromoplaster farvet i forskellige variationer af det røde spektrum (inklusive gule og overgangsnuancer) og leukoplaster. Sidstnævnte har ingen nuancer.
Norm alt indeholder en plantecelle én række plastider. Eksperimenter har vist disse kroppes evne til at forvandle sig fra type til type. Kloroplaster findes i alle grønfarvede planteorganer. Leukoplaster observeres oftere i dele skjult fra solens direkte stråler. Der er mange af dem i jordstængler, de findes i knolde, sigte partikler af nogle typer planter. Kromoplaster er typiske for kronblade, modne frugter. Thylakoidmembraner er beriget med klorofyl og carotenoider. Leucoplaster indeholder ikke pigmentmolekyler, men kan være et sted for synteseprocesser, ophobning af næringsstoffer - proteiner, stivelse, nogle gange fedtstoffer.
Reaktioner og transformationer
Ved at studere de fotosyntetiske pigmenter fra højere planter har forskere fundet ud af, at kromoplaster er farvet røde på grund af tilstedeværelsen af carotenoider. Det er almindeligt accepteret, at kromoplaster er det sidste trin i udviklingen af plastider. De opstår sandsynligvis under omdannelsen af leuko-, kloroplaster, når de ældes. I det store heletilstedeværelsen af sådanne molekyler bestemmer farven på løv om efteråret, såvel som lyse, øjenbehagelige blomster og frugter. Carotenoider produceres af alger, planteplankton og planter. De kan genereres af nogle bakterier, svampe. Carotenoider er ansvarlige for farven på levende repræsentanter for planteverdenen. Nogle dyr har biokemisystemer, på grund af hvilke carotenoider omdannes til andre molekyler. Råmaterialet til en sådan reaktion fås fra fødevarer.
Ifølge observationer af lyserøde flamingoer samler og filtrerer disse fugle spirulina og nogle andre alger for at opnå et gult pigment, hvorfra canthaxanthin, astaxanthin så opstår. Det er disse molekyler, der giver fuglefjerdragt så smuk en farve. Mange fisk og fugle, krebs og insekter har en lys farve på grund af carotenoider, som fås fra kosten. Beta-caroten omdannes til nogle vitaminer, der bruges til gavn for mennesker - de beskytter øjnene mod ultraviolet stråling.
Rød og grøn
Når vi taler om de fotosyntetiske pigmenter fra højere planter, skal det bemærkes, at de kan absorbere fotoner af lysbølger. Det bemærkes, at dette kun gælder for den del af spektret, der er synlig for det menneskelige øje, det vil sige for en bølgelængde i området 400-700 nm. Plantepartikler kan kun absorbere kvanter, der har tilstrækkelige energireserver til fotosyntesereaktionen. Absorptionen er udelukkende pigmenternes ansvar. Forskere har studeret de ældste livsformer i planteverdenen - bakterier, alger. Det er blevet fastslået, at de indeholder forskellige forbindelser, der kan acceptere lys i det synlige spektrum. Nogle sorter kan modtage lysbølger af stråling, der ikke opfattes af det menneskelige øje - fra en blok nær infrarød. Ud over klorofyler tildeles en sådan funktionalitet af naturen til bakteriohdopsin, bakteriochlorophyller. Undersøgelser har vist betydningen for reaktionerne ved syntese af phycobiliner, carotenoider.
Mangfoldigheden af plantefotosyntetiske pigmenter er forskellig fra gruppe til gruppe. Meget er bestemt af de forhold, som livsformen lever under. Repræsentanter for den højere planteverden har et mindre udvalg af pigmenter end evolutionært gamle sorter.
Hvad handler det om?
Når vi studerede planters fotosyntetiske pigmenter, fandt vi ud af, at højere planteformer kun har to sorter af klorofyl (nævnt tidligere A, B). Begge disse typer er porphyriner, der har et magnesiumatom. De er overvejende inkluderet i lys-høstende komplekser, der absorberer lysenergi og leder det til reaktionscentre. Centrene indeholder en relativt lille procentdel af den samlede type 1 klorofyl, der er til stede i planten. Her finder de primære interaktioner, der er karakteristiske for fotosyntese, sted. Klorofyl er ledsaget af carotenoider: som forskerne har fundet ud af, er der norm alt fem varianter af dem, ikke flere. Disse elementer samler også lys.
Ved at være opløst, klorofyler, carotenoider er plantepigmenter, der har smalle lysabsorptionsbånd, der er ret langt fra hinanden. Klorofyl har evnen til at mest effektivtabsorberer blå bølger, de kan arbejde med røde, men de fanger grønt lys meget svagt. Spektrumudvidelse og overlapning tilvejebringes af kloroplaster, der er isoleret fra plantens blade uden større besvær. Kloroplastmembraner adskiller sig fra opløsninger, da de farvende komponenter kombineres med proteiner, fedtstoffer, reagerer med hinanden, og energi migrerer mellem samlere og akkumuleringscentre. Hvis vi betragter et blads lysabsorptionsspektrum, vil det vise sig at være endnu mere komplekst, glattet end en enkelt kloroplast.
Refleksion og absorption
Ved at studere pigmenterne i et planteblad har forskere fundet ud af, at en vis procentdel af det lys, der rammer bladet, reflekteres. Dette fænomen blev opdelt i to varianter: spejl, diffus. De siger om den første, hvis overfladen er skinnende, glat. Refleksionen af arket er overvejende dannet af den anden type. Lys siver ind i tykkelsen, spredes, ændrer retning, da der både i det ydre lag og inde i arket er adskillende overflader med forskellige brydningsindekser. Lignende effekter observeres, når lys passerer gennem celler. Der er ingen stærk absorption, den optiske vej er meget større end tykkelsen af arket, målt geometrisk, og arket er i stand til at absorbere mere lys end pigmentet udvundet fra det. Blade absorberer også meget mere energi end kloroplaster studeret separat.
Fordi der er forskellige plantepigmenter - henholdsvis røde, grønne og så videre - er absorptionsfænomenet ujævnt. Arket er i stand til at opfatte lys af forskellige bølgelængder, men effektiviteten af processen er fremragende. Den højeste absorptionskapacitet af grønt løv er iboende i den violette blok af spektret, rød, blå og blå. Absorptionsstyrken er praktisk t alt ikke bestemt af, hvor koncentrerede klorofylerne er. Dette skyldes, at mediet har en høj spredningskraft. Hvis pigmenter observeres i høj koncentration, sker absorption nær overfladen.
