Znanstveniki vedo, kaj so rastlinski pigmenti - zeleni in vijolični, rumeni in rdeči. Rastlinski pigmenti se imenujejo organske molekule, ki jih najdemo v tkivih, celicah rastlinskega organizma - zahvaljujoč takšnim vključkom pridobijo barvo. V naravi pogosteje kot drugi najdemo klorofil, ki je prisoten v telesu katere koli višje rastline. Oranžne, rdečkaste in rumenkaste odtenke zagotavljajo karotenoidi.
In več podrobnosti?
Rastlinske pigmente najdemo v kromo-, kloroplastih. Skupno sodobna znanost pozna več sto vrst spojin te vrste. Za fotosintezo je potreben impresiven odstotek vseh odkritih molekul. Kot so pokazali testi, so pigmenti vir retinola. Rožnate in rdeče odtenke, variacije rjave in modrikaste barve zagotavlja prisotnost antocianov. Takšne pigmente opazimo v rastlinskem celičnem soku. Ko se dnevi v hladnem obdobju skrajšajo,pigmenti reagirajo z drugimi spojinami, ki so prisotne v telesu rastline, zaradi česar se spremeni barva prej zelenih delov. Listje dreves postane svetlo in barvito - iste jeseni, kot smo je vajeni.
Najbolj znani
Morda skoraj vsak srednješolec pozna klorofil, rastlinski pigment, potreben za fotosintezo. Zaradi te spojine lahko predstavnik rastlinskega sveta absorbira sončno svetlobo. Vendar na našem planetu ne morejo obstajati samo rastline brez klorofila. Kot so pokazale nadaljnje študije, je ta spojina za človeštvo absolutno nepogrešljiva, saj zagotavlja naravno zaščito pred rakavimi procesi. Dokazano je, da pigment zavira rakotvorne snovi in zagotavlja zaščito DNK pred mutacijami pod vplivom strupenih spojin.
Klorofil je zeleni pigment rastlin, ki kemično predstavlja molekulo. Lokaliziran je v kloroplastih. Zaradi takšne molekule so ta področja obarvana zeleno. Po svoji strukturi je molekula porfirinski obroč. Zaradi te specifičnosti pigment spominja na hem, ki je strukturni element hemoglobina. Ključna razlika je v osrednjem atomu: v hemu svoje mesto zaseda železo, za klorofil je najpomembnejši magnezij. Znanstveniki so to dejstvo prvič odkrili leta 1930. Dogodek se je zgodil 15 let po tem, ko je Willstatter odkril snov.
kemija in biologija
Najprej so znanstveniki ugotovili, da je zeleni pigment v rastlinah v dveh vrstah, ki sta dobila imena za dvaprve črke latinske abecede. Razlika med sortami, čeprav majhna, je še vedno prisotna in je najbolj opazna pri analizi stranskih verig. Za prvo sorto svojo vlogo igra CH3, za drugo vrsto - CHO. Obe obliki klorofila spadata v razred aktivnih fotoreceptorjev. Zaradi njih lahko rastlina absorbira energijsko komponento sončnega sevanja. Kasneje so bile identificirane še tri vrste klorofila.
V znanosti se zeleni pigment v rastlinah imenuje klorofil. Raziskovanje razlik med dvema glavnima sortama te molekule, ki sta značilni za višjo vegetacijo, je bilo ugotovljeno, da so valovne dolžine, ki jih lahko absorbira pigment, nekoliko drugačne za tipa A in B. Pravzaprav po mnenju znanstvenikov sorte učinkovito dopolnjujeta vsako drugo, s čimer se rastlini zagotovi možnost, da čim bolj absorbira zahtevano količino energije. Običajno je prva vrsta klorofila običajno opažena v trikrat višji koncentraciji kot druga. Skupaj tvorita zeleni rastlinski pigment. Tri druge vrste najdemo le v starodavnih oblikah vegetacije.
Lastnosti molekul
S preučevanjem strukture rastlinskih pigmentov je bilo ugotovljeno, da sta obe vrsti klorofila molekuli, topni v maščobi. Sintetične sorte, ustvarjene v laboratorijih, se raztopijo v vodi, vendar je njihova absorpcija v telesu možna le v prisotnosti maščobnih spojin. Rastline uporabljajo pigment za zagotavljanje energije za rast. V prehrani ljudi se uporablja za okrevanje.
Klorofil, kothemoglobin lahko normalno deluje in proizvaja ogljikove hidrate, ko je povezan z beljakovinskimi verigami. Vizualno se zdi, da je beljakovina tvorba brez jasnega sistema in strukture, vendar je v resnici pravilna in zato lahko klorofil stabilno ohranja svoj optimalen položaj.
Funkcije dejavnosti
Znanstveniki, ki so preučevali ta glavni pigment višjih rastlin, so ugotovili, da ga najdemo v vseh zelenicah: seznam vključuje zelenjavo, alge, bakterije. Klorofil je popolnoma naravna spojina. Po naravi ima lastnosti zaščitnika in preprečuje transformacijo, mutacijo DNK pod vplivom strupenih spojin. Posebno raziskovalno delo je bilo organizirano v Indijskem botaničnem vrtu na Raziskovalnem inštitutu. Kot so odkrili znanstveniki, lahko klorofil, pridobljen iz svežih zelišč, ščiti pred strupenimi spojinami, patološkimi bakterijami in tudi pomirja delovanje vnetja.
Klorofil je kratkotrajen. Te molekule so zelo krhke. Sončni žarki vodijo do odmiranja pigmenta, vendar je zeleni list sposoben generirati nove in nove molekule, ki nadomestijo tiste, ki so služili svojim tovarišem. V jesenski sezoni se klorofil ne proizvaja več, zato listje izgubi barvo. V ospredje pridejo drugi pigmenti, ki so bili prej skriti očem zunanjega opazovalca.
Za raznolikost ni omejitev
Različit rastlinskih pigmentov, ki jih poznajo sodobni raziskovalci, je izjemno velika. Iz leta v leto znanstveniki odkrivajo vedno več novih molekul. Izvedeno relativno nedavnoštudije so omogočile, da se dvema zgoraj omenjenima vrstama klorofila dodajo še tri vrste: C, C1, E. Vendar pa še vedno velja za najpomembnejšo vrsto A. Karotenoidi pa so celo bolj raznoliko. Ta razred pigmentov je znanosti dobro znan - zaradi njih korenine korenja, številna zelenjava, agrumi in druga darila rastlinskega sveta pridobijo odtenke. Dodatni testi so pokazali, da imajo kanarčki rumeno perje zaradi karotenoidov. Dajo barvo tudi rumenjaku. Zaradi obilice karotenoidov imajo prebivalci Azije poseben ten kože.
Niti človek niti predstavniki živalskega sveta nimajo takšnih značilnosti biokemije, ki bi omogočale proizvodnjo karotenoidov. Te snovi se pojavljajo na osnovi vitamina A. To dokazujejo opažanja na rastlinskih pigmentih: če piščanec ni prejel vegetacije s hrano, bodo rumenjaki zelo šibkega odtenka. Če je bil kanarček hranjen z veliko količino hrane, obogatene z rdečimi karotenoidi, bo njegovo perje dobilo svetel odtenek rdeče.
Nenavadne lastnosti: karotenoidi
Rumeni pigment v rastlinah se imenuje karoten. Znanstveniki so ugotovili, da ksantofili dajejo rdeč odtenek. Število predstavnikov teh dveh vrst, ki jih pozna znanstveni skupnosti, nenehno narašča. Leta 1947 so znanstveniki poznali približno sedem ducatov karotenoidov, do leta 1970 pa jih je bilo že več kot dvesto. Do neke mere je to podobno napredku znanja na področju fizike: najprej so vedeli za atome, nato elektrone in protone, nato pa so razkriliše manjši delci, za označevanje katerih se uporabljajo samo črke. Ali je mogoče govoriti o elementarnih delcih? Kot so pokazali preizkusi fizikov, je prezgodaj uporabljati tak izraz - znanost še ni razvita do te mere, da bi jih bilo mogoče najti, če sploh. Podobna situacija se je razvila s pigmenti - iz leta v leto se odkrivajo nove vrste in tipi, biologi pa so samo presenečeni, saj ne morejo razložiti večstranske narave.
O funkcijah
Znanstveniki, ki se ukvarjajo s pigmenti višjih rastlin, še ne morejo pojasniti, zakaj in zakaj je narava zagotovila tako široko paleto pigmentnih molekul. Razkrita je funkcionalnost nekaterih posameznih sort. Dokazano je, da je karoten nujen za zagotovitev varnosti molekul klorofila pred oksidacijo. Zaščitni mehanizem je posledica lastnosti singletnega kisika, ki nastane med reakcijo fotosinteze kot dodatni produkt. Ta spojina je zelo agresivna.
Druga značilnost rumenega pigmenta v rastlinskih celicah je njegova sposobnost, da poveča interval valovne dolžine, ki je potreben za proces fotosinteze. Trenutno taka funkcija še ni natančno dokazana, vendar je bilo opravljenih veliko raziskav, ki kažejo, da dokončni dokaz hipoteze ni daleč. Žarke, ki jih zeleni rastlinski pigment ne more absorbirati, absorbirajo molekule rumenega pigmenta. Energija se nato usmeri v klorofil za nadaljnjo transformacijo.
Pigmenti: tako različni
Razen nekaterihsorte karotenoidov, pigmenti, imenovani auroni, halkoni imajo rumeno barvo. Njihova kemična struktura je v marsičem podobna flavonom. Takšni pigmenti se v naravi redko pojavljajo. Najdemo jih v lističih, socvetjih oksalisa in zmajevih, zagotavljajo barvo coreopsis. Takšni pigmenti ne prenašajo tobačnega dima. Če rastlino zapliniš s cigareto, bo takoj postala rdeča. Biološka sinteza, ki poteka v rastlinskih celicah s sodelovanjem halkonov, vodi do tvorbe flavonolov, flavonov, auronov.
Tako živali kot rastline imajo melanin. Ta pigment daje lasem rjav odtenek, zahvaljujoč njemu lahko kodri postanejo črni. Če celice ne vsebujejo melanina, postanejo predstavniki živalskega sveta albini. V rastlinah se pigment nahaja v kožici rdečega grozdja in v nekaterih socvetjih v cvetnih listih.
modra in še več
Vegetacija dobi modri odtenek zahvaljujoč fitokromu. To je beljakovinski rastlinski pigment, ki je odgovoren za nadzor cvetenja. Uravnava kalitev semen. Znano je, da lahko fitokrom pospeši cvetenje nekaterih predstavnikov rastlinskega sveta, drugi pa imajo nasproten proces upočasnitve. Do neke mere se lahko primerja z uro, vendar biološko. Trenutno znanstveniki še ne poznajo vseh posebnosti mehanizma delovanja pigmenta. Ugotovljeno je bilo, da je struktura te molekule prilagojena času dneva in svetlobi, ki rastlini prenaša informacije o ravni svetlobe v okolju.
Modri pigment notrirastline - antocian. Vendar pa obstaja več sort. Antocianini ne dajejo le modre barve, ampak tudi rožnate, pojasnjujejo tudi rdečo in lila barvo, včasih temno, bogato vijolično. Aktivno nastajanje antocianov v rastlinskih celicah opazimo, ko temperatura okolice pade, nastajanje klorofila se ustavi. Barva listja se spreminja od zelene do rdeče, rdeče, modre. Zahvaljujoč antocianom imajo vrtnice in mak svetlo škrlatne cvetove. Isti pigment pojasnjuje odtenke socvetja geranije in koruznice. Zahvaljujoč modri vrsti antocianinov imajo zvončki svojo občutljivo barvo. Nekatere sorte te vrste pigmenta opazimo v grozdju, rdečem zelju. Antocianini zagotavljajo barvanje trnuljev, sliv.
Svetlo in temno
Poznan rumeni pigment, ki so ga znanstveniki imenovali antoklor. Najdemo ga v kožici cvetnih listov jegliča. Antoklor najdemo v jegličih, ovnovih socvetjih. Bogati so z makom rumenih sort in dalijami. Ta pigment daje prijetno barvo socvetjem krastačevega lanu, plodom limone. Ugotovljeno je bilo v nekaterih drugih rastlinah.
Anthofein je v naravi razmeroma redek. To je temen pigment. Zahvaljujoč njemu se na venčku nekaterih stročnic pojavijo posebne lise.
Vse svetle pigmente si je narava zamislila za specifično obarvanje predstavnikov rastlinskega sveta. Zahvaljujoč tej barvi rastlina privlači ptice in živali. To zagotavlja širjenje semen.
O celicah in strukturi
Poskuša ugotovitikako močno je barva rastlin odvisna od pigmentov, kako so te molekule urejene, zakaj je potreben celoten proces pigmentacije, so znanstveniki odkrili, da so plastidi prisotni v rastlinskem telesu. To je ime za majhna telesa, ki so lahko obarvana, vendar so tudi brezbarvna. Takšna telesa so le in izključno med predstavniki rastlinskega sveta. Vsi plastidi so bili razdeljeni na kloroplaste z zelenim odtenkom, kromoplaste, obarvane v različnih variacijah rdečega spektra (vključno z rumenimi in prehodnimi odtenki), in levkoplaste. Slednji nimajo nobenih odtenkov.
Običajno rastlinska celica vsebuje eno vrsto plastidov. Poskusi so pokazali sposobnost teh teles, da se preoblikujejo iz vrste v tip. Kloroplaste najdemo v vseh zeleno obarvanih rastlinskih organih. Leukoplaste pogosteje opazimo na delih, skritih pred neposrednimi sončnimi žarki. Veliko jih je v korenikah, najdemo jih v gomoljih, sitih delcih nekaterih vrst rastlin. Kromoplasti so značilni za cvetne liste, zrele plodove. Tilakoidne membrane so obogatene s klorofilom in karotenoidi. Leukoplasti ne vsebujejo pigmentnih molekul, so pa lahko mesto za sintezne procese, kopičenje hranilnih spojin – beljakovin, škroba, včasih maščob.
Reakcije in transformacije
S preučevanjem fotosintetskih pigmentov višjih rastlin so znanstveniki ugotovili, da so kromoplasti zaradi prisotnosti karotenoidov obarvani rdeče. Na splošno velja, da so kromoplasti zadnji korak v razvoju plastidov. Verjetno se pojavijo med preobrazbo levko-, kloroplastov, ko se starajo. V veliki meriPrisotnost takšnih molekul določa barvo listja jeseni, pa tudi svetle, očem prijetne cvetove in plodove. Karotenoide proizvajajo alge, rastlinski plankton in rastline. Ustvarjajo jih lahko nekatere bakterije, glive. Karotenoidi so odgovorni za barvo živih predstavnikov rastlinskega sveta. Nekatere živali imajo biokemijske sisteme, zaradi katerih se karotenoidi pretvorijo v druge molekule. Surovina za takšno reakcijo je pridobljena iz hrane.
Po opazovanjih rožnatih flamingov te ptice zbirajo in filtrirajo spirulino in nekatere druge alge, da dobijo rumeni pigment, iz katerega nato nastane kantaksantin, astaksantin. Prav te molekule dajejo perju ptic tako lepo barvo. Številne ribe in ptice, raki in žuželke imajo svetlo barvo zaradi karotenoidov, ki jih dobimo s hrano. Beta-karoten se spremeni v nekatere vitamine, ki se uporabljajo za človeka – ščitijo oči pred ultravijoličnim sevanjem.
rdeča in zelena
Ko že govorimo o fotosintetskih pigmentih višjih rastlin, je treba omeniti, da lahko absorbirajo fotone svetlobnih valov. Opozoriti je treba, da to velja samo za del spektra, ki je viden človeškemu očesu, to je za valovno dolžino v območju 400-700 nm. Rastlinski delci lahko absorbirajo le kvante, ki imajo zadostne zaloge energije za reakcijo fotosinteze. Za absorpcijo so odgovorni izključno pigmenti. Znanstveniki so preučevali najstarejše oblike življenja v rastlinskem svetu – bakterije, alge. Ugotovljeno je bilo, da vsebujejo različne spojine, ki lahko sprejmejo svetlobo v vidnem spektru. Nekatere sorte lahko prejmejo svetlobne valove sevanja, ki jih človeško oko ne zazna - iz bloka blizu infrardečega. Poleg klorofilov je takšna funkcionalnost po naravi dodeljena bakteriorhodopsinu, bakterioklorofilom. Študije so pokazale pomen za reakcije sinteze fikobilinov, karotenoidov.
Raznolikost rastlinskih fotosintetskih pigmentov se od skupine do skupine razlikuje. Veliko je odvisno od pogojev, v katerih živi oblika življenja. Predstavniki višjega rastlinskega sveta imajo manjšo paleto pigmentov kot evolucijsko starodavne sorte.
Za kaj gre?
S preučevanjem fotosintetskih pigmentov rastlin smo ugotovili, da imajo višje rastlinske oblike samo dve vrsti klorofila (omenjena prej A, B). Obe vrsti sta porfirini, ki imajo atom magnezija. Večinoma so vključeni v komplekse za zbiranje svetlobe, ki absorbirajo svetlobno energijo in jo usmerjajo v reakcijske centre. Centri vsebujejo relativno majhen odstotek celotnega klorofila tipa 1, ki je prisoten v rastlini. Tu se odvijajo primarne interakcije, značilne za fotosintezo. Klorofilu spremljajo karotenoidi: kot so ugotovili znanstveniki, jih je običajno pet vrst, ne več. Ti elementi zbirajo tudi svetlobo.
Klorofili, karotenoidi so raztopljeni rastlinski pigmenti, ki imajo ozke pasove vpijanja svetlobe, ki so precej oddaljeni drug od drugega. Klorofil ima sposobnost najučinkovitejšegaabsorbirajo modre valove, lahko delujejo z rdečimi, zeleno svetlobo pa zajamejo zelo slabo. Širitev in prekrivanje spektra zagotavljajo kloroplasti, izolirani iz listov rastline brez večjih težav. Kloroplastne membrane se razlikujejo od raztopin, saj se barvne komponente kombinirajo z beljakovinami, maščobami, reagirajo med seboj in energija migrira med zbiralniki in akumulacijskimi centri. Če upoštevamo spekter absorpcije svetlobe lista, se bo izkazalo, da je še bolj zapleten, zglajen kot en sam kloroplast.
Odsev in absorpcija
S preučevanjem pigmentov rastlinskega lista so znanstveniki ugotovili, da se določen odstotek svetlobe, ki zadene list, odbije. Ta pojav je bil razdeljen na dve vrsti: zrcalno, razpršeno. O prvem pravijo, če je površina sijoča, gladka. Odsev pločevine pretežno tvori druga vrsta. Svetloba pronica v debelino, se razprši, spremeni smer, saj tako v zunanji plasti kot v notranjosti pločevine obstajajo ločevalne površine z različnimi lomnimi količniki. Podobne učinke opazimo, ko svetloba prehaja skozi celice. Ni močne absorpcije, optična pot je veliko večja od debeline pločevine, merjeno geometrijsko, in plošča je sposobna absorbirati več svetlobe kot pigment, ki se iz nje ekstrahira. Listi tudi absorbirajo veliko več energije kot kloroplasti, ki smo jih preučevali ločeno.
Ker obstajajo različni rastlinski pigmenti - rdeči, zeleni in tako naprej - je absorpcijski pojav neenakomeren. List je sposoben zaznati svetlobo različnih valovnih dolžin, vendar je učinkovitost postopka odlična. Največja absorpcijska sposobnost zelenega listja je lastna vijoličnemu bloku spektra, rdeči, modri in modri. Moč absorpcije praktično ni odvisna od tega, kako koncentrirani so klorofili. To je posledica dejstva, da ima medij visoko razpršilno moč. Če opazimo pigmente v visoki koncentraciji, pride do absorpcije blizu površine.
