Mokslininkai žino, kas yra augalų pigmentai – žalia ir violetinė, geltona ir raudona. Augaliniai pigmentai vadinami organinėmis molekulėmis, kurios randamos augalo organizmo audiniuose, ląstelėse – būtent tokių inkliuzų dėka jie įgauna spalvą. Gamtoje dažniau nei kiti randamas chlorofilas, kurio yra bet kurio aukštesnio augalo organizme. Oranžinį, rausvą atspalvį, gelsvus atspalvius suteikia karotenoidai.
Ir daugiau informacijos?
Augaliniai pigmentai randami chromo-, chloroplastuose. Iš viso šiuolaikinis mokslas žino kelis šimtus šio tipo junginių veislių. Fotosintezei reikalinga įspūdinga procentinė dalis visų atrastų molekulių. Kaip parodė bandymai, pigmentai yra retinolio š altiniai. Rožinius ir raudonus atspalvius, rudos ir melsvos spalvų variacijas suteikia antocianinų buvimas. Tokie pigmentai pastebimi augalų ląstelių sultyse. Kai š altuoju metų laiku dienos trumpėja,pigmentai reaguoja su kitais augalo kūne esančiais junginiais, todėl pasikeičia anksčiau žalių dalių spalva. Medžių lapija tampa ryški ir spalvinga – toks pats ruduo, prie kurio esame įpratę.
Žymiausias
Turbūt beveik kiekvienas vidurinės mokyklos moksleivis žino apie chlorofilą – augalinį pigmentą, būtiną fotosintezei. Dėl šio junginio augalų pasaulio atstovas gali sugerti saulės šviesą. Tačiau mūsų planetoje be chlorofilo negali egzistuoti ne tik augalai. Kaip parodė tolesni tyrimai, šis junginys yra absoliučiai nepakeičiamas žmonijai, nes suteikia natūralią apsaugą nuo vėžio procesų. Įrodyta, kad pigmentas slopina kancerogenus ir garantuoja DNR apsaugą nuo mutacijų veikiant toksiškiems junginiams.
Chlorofilas yra žalias augalų pigmentas, chemiškai atstovaujantis molekulei. Jis lokalizuotas chloroplastuose. Būtent dėl tokios molekulės šios sritys yra žalios spalvos. Pagal savo struktūrą molekulė yra porfirino žiedas. Dėl šio specifiškumo pigmentas primena hemą, kuris yra struktūrinis hemoglobino elementas. Pagrindinis skirtumas yra centriniame atome: heme geležis užima vietą, o chlorofilui magnis yra svarbiausias. Pirmą kartą mokslininkai šį faktą atrado 1930 m. Įvykis įvyko praėjus 15 metų po to, kai Willstatteris atrado medžiagą.
Chemija ir biologija
Pirma, mokslininkai nustatė, kad augaluose esantis žalias pigmentas būna dviejų atmainų, kurios buvo pavadintos dviem.pirmosios lotynų abėcėlės raidės. Skirtumas tarp veislių, nors ir nedidelis, vis dėlto išliko, labiausiai pastebimas analizuojant šonines grandines. Pirmajai veislei savo vaidmenį atlieka CH3, antrosios rūšies - CHO. Abi chlorofilo formos priklauso aktyvių fotoreceptorių klasei. Dėl jų augalas gali sugerti saulės spinduliuotės energijos komponentą. Vėliau buvo nustatyti dar trys chlorofilo tipai.
Moksluose žalias pigmentas augaluose vadinamas chlorofilu. Tiriant dviejų pagrindinių šios molekulės atmainų skirtumus, būdingus aukštesnei augmenijai, buvo nustatyta, kad A ir B tipų bangos ilgiai, kuriuos gali sugerti pigmentas, yra šiek tiek skirtingi. Iš tikrųjų, pasak mokslininkų, veislės efektyviai papildo kiekvieną. kita, taip suteikiant augalui galimybę maksimaliai sugerti reikiamą energijos kiekį. Paprastai pirmojo tipo chlorofilas paprastai stebimas tris kartus didesne koncentracija nei antrojo. Kartu jie sudaro žalią augalinį pigmentą. Trys kiti tipai aptinkami tik senovinėse augmenijos formose.
Molekulių ypatybės
Tiriant augalinių pigmentų struktūrą buvo nustatyta, kad abiejų tipų chlorofilas yra riebaluose tirpios molekulės. Laboratorijose sukurtos sintetinės veislės ištirpsta vandenyje, tačiau jų pasisavinimas organizme įmanomas tik esant riebalų junginiams. Augalai naudoja pigmentą, kad suteiktų energijos augimui. Žmonių mityboje jis naudojamas sveikimo tikslais.
Chlorofilas, kaiphemoglobinas gali normaliai funkcionuoti ir gaminti angliavandenius, kai yra prijungtas prie b altymų grandinių. Vizualiai atrodo, kad b altymas yra darinys be aiškios sistemos ir struktūros, bet iš tikrųjų tai teisinga, todėl chlorofilas gali stabiliai išlaikyti savo optimalią padėtį.
Veiklos ypatybės
Mokslininkai, tyrinėdami šį pagrindinį aukštesniųjų augalų pigmentą, nustatė, kad jo yra visuose žalumynuose: į sąrašą įtrauktos daržovės, dumbliai, bakterijos. Chlorofilas yra visiškai natūralus junginys. Iš prigimties jis turi apsaugines savybes ir apsaugo nuo DNR transformacijos, mutacijų veikiant toksiniams junginiams. Indijos botanikos sode prie Mokslinių tyrimų instituto buvo organizuotas specialus tiriamasis darbas. Kaip atrado mokslininkai, iš šviežių žolelių gautas chlorofilas gali apsaugoti nuo toksinių junginių, patologinių bakterijų, taip pat ramina uždegimo veiklą.
Chlorofilas yra trumpalaikis. Šios molekulės yra labai trapios. Saulės spinduliai lemia pigmento mirtį, tačiau žalias lapas gali generuoti vis naujas molekules, kurios pakeičia tuos, kurie tarnavo savo bendražygiams. Rudens sezonu chlorofilas nebegaminamas, todėl lapija praranda spalvą. Išryškėja kiti pigmentai, kurie anksčiau buvo paslėpti nuo išorinio stebėtojo akių.
Įvairovei nėra ribų
Šiuolaikiniams tyrinėtojams žinomų augalų pigmentų įvairovė yra išskirtinai didelė. Metai iš metų mokslininkai atranda vis daugiau naujų molekulių. Palyginti neseniai atliktatyrimai leido prie dviejų aukščiau paminėtų chlorofilo atmainų pridėti dar tris tipus: C, C1, E. Tačiau A tipas vis dar laikomas svarbiausiu. Tačiau karotinoidai yra net įvairesnė. Ši pigmentų klasė gerai žinoma mokslui – būtent dėl jų atspalvius įgauna morkų šaknys, daugelis daržovių, citrusiniai vaisiai, kitos augalų pasaulio dovanos. Papildomi tyrimai parodė, kad kanarėlės turi geltonas plunksnas dėl karotinoidų. Jie taip pat suteikia spalvą kiaušinio tryniui. Dėl karotinoidų gausos Azijos gyventojai turi savotišką odos atspalvį.
Nei žmogus, nei gyvūnų pasaulio atstovai neturi tokių biochemijos ypatybių, kurios leistų gamintis karotinoidus. Šios medžiagos atsiranda vitamino A pagrindu. Tai įrodo stebėjimai dėl augalinių pigmentų: jei vištiena su maistu negavo augalijos, kiaušinių tryniai bus labai silpno atspalvio. Jei kanarėlė buvo šeriama dideliu kiekiu maisto, praturtinto raudonaisiais karotenoidais, jo plunksnos įgaus ryškiai raudoną atspalvį.
Įdomios savybės: karotenoidai
Geltonas pigmentas augaluose vadinamas karotinu. Mokslininkai nustatė, kad ksantofilai suteikia raudoną atspalvį. Mokslo bendruomenei žinomų šių dviejų tipų atstovų nuolat daugėja. 1947 metais mokslininkai žinojo apie septynias dešimtis karotinoidų, o 1970 metais jų jau buvo daugiau nei du šimtai. Tam tikru mastu tai panašu į žinių pažangą fizikos srityje: iš pradžių jie žinojo apie atomus, tada elektronus ir protonus, o vėliau atskleidė.net smulkesnės dalelės, kurioms žymėti naudojamos tik raidės. Ar galima kalbėti apie elementarias daleles? Kaip parodė fizikų bandymai, vartoti tokį terminą dar anksti – mokslas dar nėra išvystytas tiek, kad būtų galima juos rasti, jei tokių yra. Panaši situacija susiklostė ir su pigmentais – metai iš metų atrandamos vis naujos rūšys ir tipai, o biologai tik stebisi, nesugebėdami paaiškinti įvairiapusiškumo.
Apie funkcijas
Mokslininkai, dirbantys su aukštesniųjų augalų pigmentais, dar negali paaiškinti, kodėl ir kodėl gamta suteikė tiek daug įvairių pigmentų molekulių. Atskleistas kai kurių atskirų veislių funkcionalumas. Įrodyta, kad karotinas yra būtinas siekiant užtikrinti chlorofilo molekulių saugumą nuo oksidacijos. Apsaugos mechanizmas atsiranda dėl vienetinio deguonies, kuris susidaro fotosintezės reakcijos metu kaip papildomas produktas, ypatybių. Šis junginys yra labai agresyvus.
Kita augalų ląstelėse esančio geltonojo pigmento savybė yra jo gebėjimas padidinti fotosintezės procesui reikalingą bangos ilgio intervalą. Šiuo metu tokia funkcija nėra tiksliai įrodyta, tačiau atlikta daug tyrimų, leidžiančių manyti, kad galutinis hipotezės įrodymas nėra toli. Spindulius, kurių žaliasis augalinis pigmentas negali sugerti, sugeria geltonojo pigmento molekulės. Tada energija nukreipiama į chlorofilą tolimesniam transformavimui.
Pigmentai: tokie skirtingi
Išskyrus kai kuriuoskarotinoidų, pigmentų, vadinamų auronais, veislių chalkonai yra geltonos spalvos. Jų cheminė struktūra daugeliu atžvilgių panaši į flavonus. Tokių pigmentų gamtoje pasitaiko ne itin dažnai. Jų buvo randama lapeliuose, oksalio ir snapučio žiedynuose, jie suteikia šerdies spalvą. Tokie pigmentai netoleruoja tabako dūmų. Jei augalą fumiguosite cigarete, jis iš karto taps raudonas. Biologinė sintezė, vykstanti augalų ląstelėse, dalyvaujant chalkonams, sukelia flavonolių, flavonų, auronų susidarymą.
Tiek gyvūnai, tiek augalai turi melanino. Šis pigmentas suteikia plaukams rudą atspalvį, būtent jo dėka garbanos gali juoduoti. Jei ląstelėse nėra melanino, gyvūnų pasaulio atstovai tampa albinosais. Augaluose pigmento yra raudonųjų vynuogių odoje ir kai kuriuose žiedynuose žiedlapiuose.
Mėlyna ir daugiau
Dėka fitochromo, augalija įgauna mėlyną atspalvį. Tai b altyminis augalinis pigmentas, atsakingas už žydėjimo kontrolę. Jis reguliuoja sėklų daigumą. Yra žinoma, kad fitochromas gali paspartinti kai kurių augalų pasaulio atstovų žydėjimą, o kiti turi priešingą lėtėjimo procesą. Tam tikru mastu jį galima palyginti su laikrodžiu, bet biologiniu. Šiuo metu mokslininkai dar nežino visos pigmento veikimo mechanizmo specifikos. Nustatyta, kad šios molekulės struktūra koreguojama pagal paros laiką ir šviesą, perduodant augalui informaciją apie šviesos lygį aplinkoje.
Mėlynas pigmentasaugalai – antocianinas. Tačiau yra keletas veislių. Antocianinai suteikia ne tik mėlyną spalvą, bet ir rausvą, jie paaiškina ir raudoną bei alyvinę spalvas, kartais tamsią, sodrią violetinę. Aktyvus antocianinų susidarymas augalų ląstelėse stebimas nukritus aplinkos temperatūrai, sustoja chlorofilo gamyba. Lapijos spalva keičiasi iš žalios į raudoną, raudoną, mėlyną. Antocianinų dėka rožės ir aguonos turi ryškius raudonus žiedus. Tas pats pigmentas paaiškina pelargonijų ir rugiagėlių žiedynų atspalvius. Dėl mėlynos antocianino įvairovės varpeliai turi subtilią spalvą. Tam tikros šio tipo pigmento veislės yra vynuogėse, raudonuosiuose kopūstuose. Antocianinai suteikia slyvų, slyvų dažymo.
Šviesus ir tamsus
Žinomas geltonasis pigmentas, kurį mokslininkai pavadino antochloru. Jis buvo rastas raktažolės žiedlapių odoje. Antochloras randamas raktažolėse, avinų žiedynuose. Juose gausu geltonųjų veislių aguonų ir jurginų. Šis pigmentas suteikia malonią spalvą rupūžės žiedynams, citrinų vaisiams. Jis buvo nustatytas kai kuriuose kituose augaluose.
Antofeinas gamtoje yra gana retas. Tai tamsus pigmentas. Jo dėka ant kai kurių ankštinių augalų vainikėlių atsiranda specifinių dėmių.
Visi ryškūs pigmentai yra gamtos sukurti specifiniam augalų pasaulio atstovų dažymui. Dėl šio dažymo augalas pritraukia paukščius ir gyvūnus. Taip užtikrinamas sėklų plitimas.
Apie langelius ir struktūrą
Bandoma nustatytikaip stipriai augalų spalva priklauso nuo pigmentų, kaip šios molekulės išsidėsčiusios, kodėl reikalingas visas pigmentacijos procesas, mokslininkai išsiaiškino, kad augalo organizme yra plastidžių. Taip vadinami maži kūnai, kurie gali būti spalvoti, bet taip pat bespalviai. Tokie maži kūnai yra tik ir išskirtinai tarp augalų pasaulio atstovų. Visi plastidai buvo suskirstyti į chloroplastus su žaliu atspalviu, chromoplastus, nudažytus įvairiais raudono spektro variantais (įskaitant geltonus ir pereinamuosius atspalvius), ir leukoplastus. Pastarieji neturi atspalvių.
Paprastai augalo ląstelėje yra viena plastidų atmaina. Eksperimentai parodė šių kūnų gebėjimą transformuotis iš tipo į tipą. Chloroplastai randami visuose žaliai dažytuose augalų organuose. Leukoplastai dažniau stebimi dalyse, paslėptose nuo tiesioginių saulės spindulių. Daug jų yra šakniastiebiuose, randama gumbuose, kai kurių augalų rūšių sieto dalelėse. Chromoplastai būdingi žiedlapiams, prinokusiems vaisiams. Tylakoidinės membranos yra praturtintos chlorofilu ir karotenoidais. Leukoplastuose nėra pigmento molekulių, tačiau jie gali būti sintezės procesų, maistinių junginių – b altymų, krakmolo, kartais riebalų – kaupimosi vieta.
Reakcijos ir transformacijos
Tyrinėdami aukštesniųjų augalų fotosintezės pigmentus, mokslininkai nustatė, kad chromoplastai yra raudonos spalvos dėl karotinoidų. Visuotinai pripažįstama, kad chromoplastai yra paskutinis plastidų vystymosi etapas. Tikriausiai jie atsiranda transformuojantis leukoplastams, chloroplastams, kai jie sensta. Didžiąja dalimitokių molekulių buvimas lemia lapijos spalvą rudenį, taip pat ryškius, akį džiuginančius žiedus ir vaisius. Karotinoidus gamina dumbliai, augalų planktonas ir augalai. Juos gali generuoti kai kurios bakterijos, grybai. Karotinoidai yra atsakingi už gyvų augalų pasaulio atstovų spalvą. Kai kurie gyvūnai turi biochemines sistemas, kurių dėka karotinoidai virsta kitomis molekulėmis. Tokios reakcijos žaliava gaunama iš maisto.
Remiantis rožinių flamingų stebėjimais, šie paukščiai renka ir filtruoja spiruliną ir kai kuriuos kitus dumblius, kad gautų geltoną pigmentą, iš kurio vėliau atsiranda kantaksantinas, astaksantinas. Būtent šios molekulės paukščių plunksnams suteikia tokią gražią spalvą. Daugelis žuvų ir paukščių, vėžių ir vabzdžių turi ryškią spalvą dėl karotinoidų, kurie gaunami su maistu. Beta karotinas virsta kai kuriais vitaminais, kurie naudojami žmogaus labui – jie saugo akis nuo ultravioletinių spindulių.
Raudona ir žalia
Kalbant apie aukštesniųjų augalų fotosintetinius pigmentus, reikia pažymėti, kad jie gali sugerti šviesos bangų fotonus. Pažymėtina, kad tai taikoma tik žmogaus akiai matomai spektro daliai, ty bangos ilgiui 400–700 nm diapazone. Augalų dalelės gali absorbuoti tik tuos kvantus, kurie turi pakankamai energijos atsargų fotosintezės reakcijai. Už absorbciją atsako tik pigmentai. Mokslininkai ištyrė seniausias augalų pasaulio gyvybės formas – bakterijas, dumblius. Nustatyta, kad juose yra įvairių junginių, galinčių priimti šviesą matomame spektre. Kai kurios veislės gali gauti šviesos bangas, kurios žmogaus akis nesuvokia – iš bloko šalia infraraudonųjų spindulių. Be chlorofilų, tokį funkcionalumą gamta priskiria bakteriorodopsinui, bakteriochlorofilams. Tyrimai parodė svarbą fikobilinų, karotinoidų sintezės reakcijoms.
Augalų fotosintezės pigmentų įvairovė įvairiose grupėse skiriasi. Daug ką lemia sąlygos, kuriomis gyvena gyvybės forma. Aukštesniojo augalų pasaulio atstovai turi mažesnę pigmentų įvairovę nei evoliuciškai senovės veislės.
Apie ką tai?
Tyrinėdami augalų fotosintezės pigmentus, nustatėme, kad aukštesnėse augalų formose yra tik dvi chlorofilo atmainos (anksčiau minėtų A, B). Abu šie tipai yra porfirinai, turintys magnio atomą. Jie daugiausia įtraukti į šviesos surinkimo kompleksus, kurie sugeria šviesos energiją ir nukreipia ją į reakcijos centrus. Centruose yra palyginti nedidelė viso augale esančio 1 tipo chlorofilo dalis. Čia vyksta pirminė fotosintezei būdinga sąveika. Chlorofilą lydi karotenoidai: kaip nustatė mokslininkai, dažniausiai būna penkios jų rūšys, ne daugiau. Šie elementai taip pat renka šviesą.
Itirpę chlorofilai, karotenoidai yra augalų pigmentai, turintys siauras šviesos sugerties juostas, kurios yra gana toli viena nuo kitos. Chlorofilas turi savybę efektyviausiaisugeria mėlynas bangas, gali dirbti su raudonomis, tačiau žalią šviesą fiksuoja labai silpnai. Spektro išplėtimą ir sutapimą užtikrina be didelių sunkumų nuo augalo lapų izoliuoti chloroplastai. Chloroplasto membranos skiriasi nuo tirpalų, nes dažantys komponentai jungiasi su b altymais, riebalais, reaguoja tarpusavyje, o energija migruoja tarp kolektorių ir kaupimo centrų. Jei atsižvelgsime į lapo šviesos sugerties spektrą, jis pasirodys dar sudėtingesnis, išlygintas nei vienas chloroplastas.
Atspindys ir sugertis
Tyrinėdami augalo lapų pigmentus, mokslininkai nustatė, kad tam tikra dalis šviesos, kuri patenka į lapą, atsispindi. Šis reiškinys buvo padalintas į dvi rūšis: veidrodinį, difuzinį. Jie sako apie pirmąjį, jei paviršius yra blizgus, lygus. Lakšto atspindį daugiausia sudaro antrasis tipas. Šviesa prasiskverbia į storį, išsisklaido, keičia kryptį, nes tiek išoriniame sluoksnyje, tiek lakšto viduje yra skiriamieji paviršiai su skirtingais lūžio rodikliais. Panašus poveikis pastebimas, kai šviesa praeina pro ląsteles. Nėra stiprios sugerties, optinis kelias yra daug didesnis nei lakšto storis, matuojant geometriškai, o lakštas geba sugerti daugiau šviesos nei iš jo išgaunamas pigmentas. Lapai taip pat sugeria daug daugiau energijos nei chloroplastai, tirti atskirai.
Kadangi yra skirtingų augalų pigmentų – atitinkamai raudonos, žalios ir pan., absorbcijos reiškinys yra netolygus. Lakštas gali suvokti įvairaus bangos ilgio šviesą, tačiau proceso efektyvumas yra puikus. Didžiausias žalios lapijos sugeriamumas būdingas violetiniam spektro blokui – raudonai, mėlynai ir mėlynai. Absorbcijos stiprumas praktiškai nepriklauso nuo chlorofilų koncentracijos. Taip yra dėl to, kad terpė turi didelę sklaidos galią. Jei pigmentai yra didelės koncentracijos, absorbcija vyksta šalia paviršiaus.
