Растительные пигменты: палитра матушки-природы
Почему одуванчики жёлтые, розы красные, а фиалки – синие? Люди всегда восхищались великолепием цветущих садов и лугов, но мало кто знает все секреты одной из величайших природных красот земли. Их разнообразие безгранично. Оттенок цветка определяется теми же причинами, по которым человек может родиться с чёрными или светлыми волосами, иметь голубые или зеленые глаза. Генетика.
Процесс формирования пигментов определяет цвет зелени, цветков и плодов, и сам определяется в наследственном геноме растения. Науке известно огромное множество пигментов, причём некоторые из них встречаются только в одном виде или семействе. Их сочетания дают разнообразнейшую палитру, а отсутствие – белый цвет.
Хлорофилл
Это самый известный пигмент, которому обязан этот зеленый цвет, который мы видим на листьях и листве. Что еще более важно, позволяя растениям производить кислород во время фотосинтеза, он имеет решающее значение для поддержания жизни на земле.
Каротиноиды
Каротин – это пигмент, который поглощает синий свет и который обеспечивает насыщенные жёлтый и оранжевый. Цвета манго, моркови, осенних листьев и батата обусловлены различными формами каротина.
Ликопин, кантаксантин и астаксантин имеют сходную структуру с каротином. Красные цвета томатов, гуавы, красного грейпфрута, папайи, шиповника и арбуза свидетельствуют о наличии ликопена .
Кантахантин придаёт розовый цвет фламинго, некоторым ракообразным, лососю и форели. Астаксантин раскрашивает в красные цвета варёных раков и омаров, лещей, форелей и некоторых моллюсков. В живом животном астаксантин связан с белками и особо не проявляется.
Примеры растений, окрашенных каротиноидами:
| α -, β-каротин | Морковные, желтые и оранжевые фрукты, зелёные листья |
| Лютеин | зеленые листья (капуста, шпинат и т.д.), цветы календулы |
| Капсантин | Паприка (болгарский перец) |
| Капсорубин | Паприка (болгарский перец) |
| Кантахантин | Грибы лисички, крабы, перья фламинго |
| Криптоксантин | Апельсины |
| Зеаксантин | Паприка (болгарский перец), физалис, зелёные листья |
| Крокетин | Шафран |
| Ликопен | Томат, шиповник, календула |
Флавоноиды
Флавоноиды – желтые пигменты, наиболее заметные в лимонах, апельсинах, и грейпфрутах. Само их название происходит от латинского слова “flavus”, что означает желтый. Флавоноиды в цветках и плодах сигнализируют насекомым, птицам и зверям: здесь есть, чем поживиться! Флавоноиды сосредоточены в цитоплазме и пластидах. Многие продукты, которые мы едим, включая темный шоколад, клубнику, чернику, корицу, орехи, виноград и капусту, содержат флавоноиды. Эти вещества, кстати, весьма полезны: понижают уровень холестерина и много имеют антиоксидантные свойства. Проантоцианиды и теафлавины – красновато-коричневые пигменты. Они, например, ответственны за цвет чая.
Антоцианины
Цветы красного, розового, голубого и пурпурного оттенков окрашены главным образом антоцианинами. Дело в том, что антоцианин меняет цвет от красного и пурпурного до ярко-синего, в зависимости от кислотности. Ипомея, (также известная как «Японская Утренняя Слава» или Ipomoea tricolor) меняет цвет с фиолетового на синий в зависимости от времени суток.
Черника, клюква, ежевика, красная малина, чёрная смородина, вишня, кожура баклажанов, черный рис, виноград, красная капуста и фиалка, красные и фиолетовые оливки — все они обязаны своим цветом этому пигменту.
Проантоцианидины связаны с бежевым цветом семян фасоли, а также с оттенками черного, красного, коричневого. Это то самое вещество, которое придаёт красному вину такой изысканный цвет.
Примеры растений, окрашенных антоцианами:
| Цианидин | Васильки, маки, красные розы, вишня, красная капуста |
| Дельфинидин | Живокость, аконит (монкшуд), колокольчики, лен, анютины глазки, лаванда, сладкий горох |
| Пеларгонидин | Пеларгонии, смородина, настурция, оранжевые георгины |
| Паеонидин | Пионы |
| Петунидин | Петунии |
| Мальвидин | Мальва (холлихок), синий виноград |
Примеры растений, окрашенных флавоноидами:
Беталаины
Как и каротиноиды с флавоноидами, беталаины также играют важную роль в привлечении животных к цветам и фруктам. Они воспроизводят похожую гамму цветов. Беталаины состоят из двух подгрупп: красно-фиолетовые (бетацианин) и желто-оранжевые (бетаксантин) пигменты. Они встречаются только в нескольких семействах растений причём всегда независимо от антоцианов. Например, глубокий красный цвет свёклы обусловлен содержанием целой коллекции этих пигментов (бетанин, изобетанин, пробетанин, и необетанин).
Сегодня бетацианины – это распространённые пищевые красители. Betalains дают начало к своеобразнейшему глубокому красному цвета свеклы. Другими пигментами, содержащимися в свекле, являются индикаксантин и вульгаксантины (вариации желтых и оранжевых пигментов, известных как бетаксантины). Беталаины также придают малиновую окраску цветкам амаранта (класс Кариофиллов).
Интересно, что беталаины встречаются только в одной подгруппе цветковых растений (Кариофиллы или Centrospermae). Бугенвиллея, некоторые кактусы и амарант – всё это примеры из одного семейства. Эти растения потеряли или никогда не имели генов для синтеза других растительных пигментов. Зато гены для синтеза беталаинов неожиданно нашлись в обыкновенном мухоморе (muscaria Amanita), где производят лиловые и жёлтые пигменты.
Источник
37. Пигменты растений, строение и функции. Спектры поглощения.
Фотосинтез – это процесс трансформации поглощенной растением электромагнитной энергии солнечного света в химическую энергию органических соединений. Чтобы свет мог быть использованным в процессе фотосинтеза, необходимо его поглощение фоторецепторами – пигментами.
1. Хлорофиллы
— пигмент, окрашивающий растения в зеленый цвет. Это азотистое тело, не растворимое в воде, растворимое в спирте, эфире, сероуглероде и маслах. X. легко разлагается от действия света, кислот и щелочей. При падающем свете флуоресцирует вишнево-красным цветом. У всех высших растений, водорослей и цианобактерий содержится хлорофилл a, хлорофилл b имеется у высших растений и зеленых водорослей. Хлорофилл с, лишенный фитола, содержится в бурых и диатомовых водорослях, хлорофилл d – в красных водорослях. Фотосинтезирующие зеленые бактерии имеют бактериохлорофиллы c и d, пурпурные бактерии — бактериохлорофиллы a и b.
У хлорофилла а четыре пиррольных кольца соединены между собой метиновыми мостиками (=СН-), образуя порфириновое кольцо. Кроме того, атомы азота пиррольных колец связаны с атомом магния. С порфириновым ядром соединено циклопентановое кольцо, образованное остатком кетопропионовой кислоты и содержащее активные карбонильную (С=О) и метилированную карбоксильную (О=С-О-СН3) группы. Структура, состоящая из порфиринового ядра и циклопентанового кольца, называется форбином. Боковая цепь, состоящая из пропионовой кислоты и непредельного спирта фитола, связана с атомом углерода IV пиррольного кольца (рис. 5.1). Хлорофилл, лишенный фитола, называется хлорофиллидом. Если атом магния замещен протоном, то такое соединение носит название феофитина. Активность хлорофиллов, также как и других пигментов, обусловлена наличием большого количества двойных связей с делокализованными электронами.
Хлорофиллы хорошо растворимы в органических растворителях (этиловом эфире, бензоле, хлороформе, ацетоне, этиловом спирте) и нерастворимы в воде. Хлорофиллы имеют максимумы поглощения света в красной и синей частях спектра. Растворы хлорофиллов обладают флуоресценцией и фосфоресценцией.
2. Каротиноиды
Каротиноиды – жирорастворимые пигменты, присутствующие в хлоропластах всех растений. Они входят в состав хромопластов в незеленых частях растений, например, корнеплодов моркови. К каротиноидам относят 3 группы соединений: 1) оранжевые или красные каротины, 2) желтые ксантофиллы, 3) каротиноидные кислоты. Каротины и ксантофиллы состоят из 8 остатков изопрена, которые образуют цепь конъюгированных двойных связей (рис. 5.2). Основные каротиноиды — -каротин, лютеин, виолаксантин и неоксантин.
Каротины и ксантофиллы растворимы в хлороформе, бензоле, сероуглероде, ацетоне. Каротины хорошо растворяются в эфирах, но плохо в спиртах, а ксантофиллы наоборот. Каротиноиды имеют максимумы поглощения в фиолетово-синей и синей частях спектра света. Они не способны к флуоресценции.
Главные функции каротиноидов: поглощение света в качестве дополнительных пигментов, защита молекул хлорофиллов от необратимого фотоокисления, тушение активных радикалов, участие в фототропизме, так как способствуют определению направления роста побега.
Источник