Vedci vedia, čo sú rastlinné pigmenty – zelené a fialové, žlté a červené. Rastlinné pigmenty sa nazývajú organické molekuly, ktoré sa nachádzajú v tkanivách, bunkách rastlinného organizmu - práve vďaka takýmto inklúziám získavajú farbu. V prírode sa chlorofyl nachádza častejšie ako iné, ktorý je prítomný v tele akejkoľvek vyššej rastliny. Oranžový, červenkastý tón, žltkasté odtiene poskytujú karotenoidy.
A ďalšie podrobnosti?
Rastlinné pigmenty sa nachádzajú v chromo-, chloroplastoch. Celkovo moderná veda pozná niekoľko stoviek odrôd zlúčenín tohto typu. Na fotosyntézu je potrebné impozantné percento všetkých objavených molekúl. Ako ukázali testy, pigmenty sú zdrojom retinolu. Ružové a červené odtiene, variácie hnedých a modrastých farieb zabezpečuje prítomnosť antokyánov. Takéto pigmenty sú pozorované v šťave rastlinných buniek. Keď sa v chladnom období skracujú dni,pigmenty reagujú s inými zlúčeninami prítomnými v tele rastliny, čo spôsobuje zmenu farby predtým zelených častí. Lístie stromov sa stáva žiarivejšie a pestrejšie – na rovnakú jeseň, na akú sme zvyknutí.
Najslávnejší
Snáď takmer každý stredoškolák pozná chlorofyl, rastlinný pigment potrebný na fotosyntézu. Vďaka tejto zlúčenine môže zástupca rastlinného sveta absorbovať slnečné svetlo. Na našej planéte však nielen rastliny nemôžu existovať bez chlorofylu. Ako ukázali ďalšie štúdie, táto zlúčenina je pre ľudstvo absolútne nepostrádateľná, pretože poskytuje prirodzenú ochranu proti rakovinovým procesom. Bolo dokázané, že pigment inhibuje karcinogény a zaručuje ochranu DNA pred mutáciami pod vplyvom toxických zlúčenín.
Chlorofyl je zelený pigment rastlín, ktorý chemicky predstavuje molekulu. Je lokalizovaný v chloroplastoch. Vďaka takejto molekule sú tieto oblasti sfarbené do zelena. Vo svojej štruktúre je molekula porfyrínovým kruhom. Vďaka tejto špecifickosti sa pigment podobá hemu, ktorý je štruktúrnym prvkom hemoglobínu. Kľúčový rozdiel je v centrálnom atóme: v heme zaberá miesto železo, pre chlorofyl je najvýznamnejší horčík. Vedci prvýkrát objavili túto skutočnosť v roku 1930. K udalosti došlo 15 rokov po tom, čo Willstatter objavil látku.
Chémia a biológia
Po prvé, vedci zistili, že zelený pigment v rastlinách sa vyskytuje v dvoch odrodách, ktoré boli pomenované pre dveprvé písmená latinskej abecedy. Rozdiel medzi odrodami, aj keď je malý, stále existuje a je najvýraznejší pri analýze bočných reťazcov. Pre prvú odrodu zohráva svoju úlohu CH3, pre druhý typ - CHO. Obe formy chlorofylu patria do triedy aktívnych fotoreceptorov. Vďaka nim môže rastlina absorbovať energetickú zložku slnečného žiarenia. Následne boli identifikované ďalšie tri typy chlorofylu.
Vo vede sa zelený pigment v rastlinách nazýva chlorofyl. Skúmaním rozdielov medzi dvoma hlavnými odrodami tejto molekuly, ktoré sú vlastné vyššej vegetácii, sa zistilo, že vlnové dĺžky, ktoré môže pigment absorbovať, sú trochu odlišné pre typy A a B. V skutočnosti sa podľa vedcov odrody efektívne dopĺňajú iné, čím poskytuje rastline schopnosť maximálne absorbovať požadované množstvo energie. Normálne sa prvý typ chlorofylu zvyčajne pozoruje v trikrát vyššej koncentrácii ako druhý. Spolu tvoria zelený rastlinný pigment. Tri ďalšie typy sa nachádzajú iba v starých formách vegetácie.
Vlastnosti molekúl
Štúdiom štruktúry rastlinných pigmentov sa zistilo, že oba typy chlorofylu sú molekuly rozpustné v tukoch. Syntetické odrody vytvorené v laboratóriách sa rozpúšťajú vo vode, ale ich absorpcia v tele je možná iba v prítomnosti mastných zlúčenín. Rastliny používajú pigment na poskytovanie energie pre rast. V strave ľudí sa používa za účelom zotavenia.
Chlorofyl, akohemoglobín môže fungovať normálne a produkovať uhľohydráty, keď je pripojený k proteínovým reťazcom. Vizuálne sa proteín javí ako útvar bez jasného systému a štruktúry, ale v skutočnosti je správny, a preto si chlorofyl môže stabilne udržiavať svoju optimálnu polohu.
Funkcie aktivity
Vedci, ktorí študovali tento hlavný pigment vyšších rastlín, zistili, že sa nachádza vo všetkých druhoch zeleniny: zoznam zahŕňa zeleninu, riasy, baktérie. Chlorofyl je úplne prírodná zlúčenina. Od prírody má vlastnosti ochrancu a zabraňuje transformácii, mutácii DNA pod vplyvom toxických zlúčenín. Špeciálne výskumné práce boli organizované v indickej botanickej záhrade vo Výskumnom ústave. Ako vedci zistili, chlorofyl získaný z čerstvých bylín dokáže chrániť pred toxickými zlúčeninami, patologickými baktériami a tiež upokojuje aktivitu zápalu.
Chlorofyl je krátkodobý. Tieto molekuly sú veľmi krehké. Slnečné lúče vedú k odumretiu pigmentu, no zelený list je schopný generovať nové a nové molekuly, ktoré nahradia tých, ktorí slúžili svojim súdruhom. V jesennom období sa už chlorofyl neprodukuje, takže lístie stráca farbu. Do popredia sa dostávajú iné pigmenty, predtým skryté pred očami vonkajšieho pozorovateľa.
Rozmanitosť nie je obmedzená
Rozmanitosť rastlinných pigmentov, ktoré poznajú moderní výskumníci, je mimoriadne veľká. Z roka na rok vedci objavujú stále viac nových molekúl. Realizované pomerne nedávnoštúdie umožnili pridať k dvom odrodám chlorofylu uvedeným vyššie tri ďalšie typy: C, C1, E. Za najdôležitejší sa však stále považuje typ A. Karotenoidy sú však dokonca rozmanitejšie. Táto trieda pigmentov je vedecky dobre známa - vďaka nim získavajú odtiene mrkvy, veľa zeleniny, citrusových plodov a iné dary rastlinného sveta. Dodatočné testy ukázali, že kanáriky majú žlté perie kvôli karotenoidom. Dodávajú farbu aj vaječnému žĺtku. Kvôli množstvu karotenoidov majú obyvatelia Ázie zvláštny tón pleti.
Ani človek, ani predstavitelia živočíšneho sveta nemajú také vlastnosti biochémie, ktoré by umožňovali produkciu karotenoidov. Tieto látky sa objavujú na báze vitamínu A. Dokazujú to pozorovania na rastlinných pigmentoch: ak kura nedostalo vegetáciu s jedlom, vaječné žĺtky budú mať veľmi slabý odtieň. Ak bol kanárik kŕmený veľkým množstvom potravy obohatenej o červené karotenoidy, jeho perie získa jasný odtieň červenej.
Zaujímavé vlastnosti: Karotenoidy
Žltý pigment v rastlinách sa nazýva karotén. Vedci zistili, že xantofyly poskytujú červený odtieň. Počet predstaviteľov týchto dvoch typov známych vedeckej komunite neustále narastá. V roku 1947 vedci poznali asi sedem desiatok karotenoidov a v roku 1970 ich už bolo viac ako dvesto. Do istej miery je to podobné pokroku poznania v oblasti fyziky: najprv vedeli o atómoch, potom elektrónoch a protónoch a následne odhaliliešte menšie častice, na označenie ktorých sa používajú iba písmená. Dá sa hovoriť o elementárnych časticiach? Ako ukázali testy fyzikov, na používanie takéhoto termínu je priskoro – veda ešte nie je rozvinutá do takej miery, aby ich bolo možné nájsť, ak vôbec nejaké. Podobná situácia sa vyvinula s pigmentmi - z roka na rok sa objavujú nové druhy a typy a biológovia sú len prekvapení, nevedia vysvetliť mnohostrannú povahu.
O funkciách
Vedci zaoberajúci sa pigmentmi vyšších rastlín zatiaľ nedokážu vysvetliť, prečo a prečo príroda poskytla takú širokú škálu molekúl pigmentov. Funkčnosť niektorých jednotlivých odrôd bola odhalená. Bolo dokázané, že karotén je nevyhnutný na zaistenie bezpečnosti molekúl chlorofylu pred oxidáciou. Ochranný mechanizmus je spôsobený vlastnosťami singletového kyslíka, ktorý vzniká pri fotosyntéze ako dodatočný produkt. Táto zlúčenina je vysoko agresívna.
Ďalšou vlastnosťou žltého pigmentu v rastlinných bunkách je jeho schopnosť predĺžiť interval vlnových dĺžok potrebný pre proces fotosyntézy. V súčasnosti takáto funkcia nie je presne dokázaná, ale vykonalo sa veľa výskumov, ktoré naznačujú, že konečný dôkaz hypotézy nie je ďaleko. Lúče, ktoré zelený rastlinný pigment nedokáže absorbovať, sú absorbované molekulami žltého pigmentu. Energia je potom nasmerovaná do chlorofylu na ďalšiu transformáciu.
Pigmenty: také odlišné
S výnimkou niektorýchodrody karotenoidov, pigmenty nazývané auróny, chalkóny majú žltú farbu. Ich chemická štruktúra je v mnohom podobná flavónom. Takéto pigmenty sa v prírode veľmi často nevyskytujú. Boli nájdené v letákoch, kvetenstvách oxalis a snapdragons, poskytujú farbu coreopsis. Takéto pigmenty netolerujú tabakový dym. Ak fumigujete rastlinu cigaretou, okamžite sčervenie. Biologická syntéza prebiehajúca v rastlinných bunkách za účasti chalkónov vedie k tvorbe flavonolov, flavónov, aurónov.
Melanín majú zvieratá aj rastliny. Tento pigment poskytuje vlasom hnedý odtieň, vďaka čomu môžu kučery sčernieť. Ak bunky neobsahujú melanín, predstavitelia živočíšneho sveta sa stávajú albínmi. V rastlinách sa pigment nachádza v šupke červeného hrozna a v niektorých súkvetiach v okvetných lístkoch.
Modrá a ďalšie
Vegetácia dostáva svoj modrý nádych vďaka fytochrómu. Je to proteínový rastlinný pigment zodpovedný za kontrolu kvitnutia. Reguluje klíčenie semien. Je známe, že fytochróm môže urýchliť kvitnutie niektorých predstaviteľov rastlinného sveta, zatiaľ čo iní majú opačný proces spomaľovania. Do istej miery sa to dá porovnať s hodinami, ale biologickými. V súčasnosti vedci ešte nepoznajú všetky špecifiká mechanizmu účinku pigmentu. Zistilo sa, že štruktúra tejto molekuly je prispôsobená dennej dobe a svetlu, čím sa rastline prenášajú informácie o úrovni svetla v prostredí.
Modrý pigment vrastliny - antokyanín. Existuje však niekoľko odrôd. Antokyány dávajú nielen modrú farbu, ale aj ružovú, vysvetľujú aj červenú a fialovú farbu, niekedy tmavú, sýtu fialovú. Aktívna tvorba antokyanov v rastlinných bunkách sa pozoruje, keď teplota okolia klesne, tvorba chlorofylu sa zastaví. Farba listov sa mení zo zelenej na červenú, červenú, modrú. Vďaka antokyanom majú ruže a maky žiarivo šarlátové kvety. Rovnaký pigment vysvetľuje odtiene kvetenstva pelargónie a chrpa. Vďaka modrej odrode antokyanov majú zvončeky svoju jemnú farbu. Určité odrody tohto typu pigmentu sa pozorujú v hrozne, červenej kapuste. Antokyány zabezpečujú farbenie trniek, sliviek.
Svetlé a tmavé
Známy žltý pigment, ktorý vedci nazvali antochlór. Bol nájdený v koži okvetných lístkov prvosienky. Antochlor sa nachádza v prvosienkach, baranových súkvetiach. Sú bohaté na mak žltých odrôd a georgíny. Tento pigment dodáva príjemnú farbu kvetenstvám ropuchy, citrónovým plodom. Bol identifikovaný v niektorých iných rastlinách.
Antofeín je v prírode pomerne vzácny. Toto je tmavý pigment. Vďaka nemu sa na korunných listoch niektorých strukovín objavujú špecifické škvrny.
Všetky svetlé pigmenty sú vytvorené prírodou pre špecifické sfarbenie zástupcov rastlinného sveta. Vďaka tomuto sfarbeniu rastlina priťahuje vtáky a zvieratá. To zaisťuje šírenie semien.
O bunkách a štruktúre
Snažím sa určiťako silne závisí farba rastlín od pigmentov, ako sú tieto molekuly usporiadané, prečo je celý proces pigmentácie nevyhnutný, vedci zistili, že v rastlinnom tele sú prítomné plastidy. Toto je názov pre malé telá, ktoré môžu byť farebné, ale sú aj bezfarebné. Takéto telíčka sú len a výlučne medzi zástupcami rastlinného sveta. Všetky plastidy boli rozdelené na chloroplasty so zeleným odtieňom, chromoplasty zafarbené v rôznych variáciách červeného spektra (vrátane žltých a prechodných odtieňov) a leukoplasty. Tie posledné nemajú žiadne odtiene.
Rastlinná bunka normálne obsahuje jeden druh plastidov. Experimenty ukázali schopnosť týchto telies transformovať sa z typu na typ. Chloroplasty sa nachádzajú vo všetkých orgánoch rastlín sfarbených do zelena. Leukoplasty sú častejšie pozorované v častiach skrytých pred priamym slnečným žiarením. Je ich veľa v podzemkoch, nachádzajú sa v hľuzách, sitových časticiach niektorých druhov rastlín. Chromoplasty sú typické pre okvetné lístky, zrelé plody. Tylakoidné membrány sú obohatené o chlorofyl a karotenoidy. Leukoplasty neobsahujú molekuly pigmentu, ale môžu byť miestom pre procesy syntézy, akumuláciu živín - proteíny, škrob, občas tuky.
Reakcie a premeny
Štúdiom fotosyntetických pigmentov vyšších rastlín vedci zistili, že chromoplasty sú sfarbené do červena v dôsledku prítomnosti karotenoidov. Všeobecne sa uznáva, že chromoplasty sú posledným krokom vo vývoji plastidov. Pravdepodobne sa objavujú pri premene leuko-, chloroplastov, keď starnú. Z veľkej častiPrítomnosť takýchto molekúl určuje farbu listov na jeseň, ako aj svetlé, oku lahodiace kvety a ovocie. Karotenoidy sú produkované riasami, rastlinným planktónom a rastlinami. Môžu byť generované niektorými baktériami, hubami. Karotenoidy sú zodpovedné za farbu živých predstaviteľov rastlinného sveta. Niektoré zvieratá majú biochemické systémy, vďaka ktorým sa karotenoidy premieňajú na iné molekuly. Surovina pre takúto reakciu sa získava z potravy.
Podľa pozorovaní ružových plameniakov tieto vtáky zbierajú a filtrujú spirulinu a niektoré ďalšie riasy, aby získali žltý pigment, z ktorého potom vzniká kantaxantín, astaxantín. Práve tieto molekuly dávajú vtáčiemu peru takú krásnu farbu. Mnoho rýb a vtákov, rakov a hmyzu má jasnú farbu vďaka karotenoidom, ktoré sa získavajú zo stravy. Betakarotén sa premieňa na niektoré vitamíny, ktoré sa využívajú v prospech človeka – chránia oči pred ultrafialovým žiarením.
Červená a zelená
Keď už hovoríme o fotosyntetických pigmentoch vyšších rastlín, treba poznamenať, že môžu absorbovať fotóny svetelných vĺn. Je potrebné poznamenať, že to platí len pre časť spektra viditeľnú ľudským okom, to znamená pre vlnovú dĺžku v rozsahu 400-700 nm. Častice rastlín dokážu absorbovať len také kvantá, ktoré majú dostatočné energetické rezervy na fotosyntetickú reakciu. Absorpcia je výhradne zodpovednosťou pigmentov. Vedci skúmali najstaršie formy života vo svete rastlín – baktérie, riasy. Zistilo sa, že obsahujú rôzne zlúčeniny, ktoré môžu prijímať svetlo vo viditeľnom spektre. Niektoré odrody môžu prijímať svetelné vlny žiarenia, ktoré ľudské oko nevníma - z bloku blízko infračerveného žiarenia. Okrem chlorofylov je takáto funkčnosť od prírody priradená bakteriorhodopsínu, bakteriochlorofylom. Štúdie ukázali dôležitosť pre reakcie syntézy fykobilínov, karotenoidov.
Rozmanitosť rastlinných fotosyntetických pigmentov sa líši od skupiny ku skupine. Veľa je dané podmienkami, v ktorých forma života žije. Zástupcovia vyššieho rastlinného sveta majú menšiu škálu pigmentov ako evolučne staré odrody.
O čo ide?
Štúdiom fotosyntetických pigmentov rastlín sme zistili, že vyššie rastlinné formy majú len dve odrody chlorofylu (spomenuté skôr A, B). Oba tieto typy sú porfyríny, ktoré majú atóm horčíka. Sú zahrnuté prevažne v komplexoch na zber svetla, ktoré absorbujú svetelnú energiu a smerujú ju do reakčných centier. Centrá obsahujú relatívne malé percento celkového chlorofylu typu 1 prítomného v rastline. Tu prebiehajú primárne interakcie charakteristické pre fotosyntézu. Chlorofyl sprevádzajú karotenoidy: ako vedci zistili, zvyčajne ich existuje päť druhov, nie viac. Tieto prvky tiež zbierajú svetlo.
Chlorofyly, karotenoidy sú rozpustené, sú rastlinné pigmenty, ktoré majú úzke pásy absorpcie svetla, ktoré sú od seba dosť vzdialené. Chlorofyl má schopnosť najúčinnejšieabsorbujú modré vlny, vedia pracovať s červenými, ale zelené svetlo zachytávajú veľmi slabo. Rozšírenie a prekrytie spektra zabezpečujú chloroplasty izolované z listov rastliny bez väčších ťažkostí. Chloroplastové membrány sa líšia od roztokov, pretože farbiace zložky sú kombinované s bielkovinami, tukmi, navzájom reagujú a energia migruje medzi kolektormi a akumulačnými centrami. Ak vezmeme do úvahy spektrum absorpcie svetla listu, ukáže sa, že je ešte zložitejšie, vyhladené ako jeden chloroplast.
Odraz a absorpcia
Štúdiom pigmentov v liste rastliny vedci zistili, že určité percento svetla, ktoré dopadá na list, sa odráža. Tento jav bol rozdelený do dvoch odrôd: zrkadlový, difúzny. Hovoria o prvom, ak je povrch lesklý, hladký. Odraz plechu je tvorený prevažne druhým typom. Svetlo preniká do hrúbky, rozptyľuje sa, mení smer, keďže vo vonkajšej vrstve aj vo vnútri plechu sú oddeľujúce plochy s rôznymi indexmi lomu. Podobné účinky sa pozorujú, keď svetlo prechádza bunkami. Neexistuje žiadna silná absorpcia, optická dráha je oveľa väčšia ako hrúbka listu, merané geometricky, a list je schopný absorbovať viac svetla ako pigment z neho extrahovaný. Listy tiež absorbujú oveľa viac energie ako chloroplasty skúmané samostatne.
Vzhľadom na to, že existujú rôzne rastlinné pigmenty – červený, zelený a tak ďalej – jav absorpcie je nerovnomerný. List je schopný vnímať svetlo rôznych vlnových dĺžok, ale účinnosť procesu je vynikajúca. Najvyššia absorpčná kapacita zeleného lístia je vlastná fialovému bloku spektra, červenej, modrej a modrej. Sila absorpcie prakticky nie je určená koncentráciou chlorofylov. Je to spôsobené tým, že médium má vysokú rozptylovú silu. Ak sú pigmenty pozorované vo vysokej koncentrácii, absorpcia nastáva blízko povrchu.
