Ғалымдар өсімдік пигменттерінің не екенін біледі - жасыл және күлгін, сары және қызыл. Өсімдік пигменттері өсімдік ағзасының ұлпаларында, жасушаларында болатын органикалық молекулалар деп аталады - дәл осындай қосындылардың арқасында олар түске ие болады. Табиғатта хлорофилл басқаларға қарағанда жиі кездеседі, ол кез келген жоғары сатыдағы өсімдіктердің денесінде болады. Қызғылт сары, қызыл реңк, сарғыш реңктер каротиноидтармен қамтамасыз етілген.
Және қосымша мәліметтер?
Өсімдік пигменттері хромо-, хлоропласттарда кездеседі. Жалпы алғанда, қазіргі ғылым осы түрдегі қосылыстардың бірнеше жүздеген түрлерін біледі. Фотосинтез үшін барлық табылған молекулалардың әсерлі пайызы қажет. Тесттер көрсеткендей, пигменттер ретинолдың көзі болып табылады. Қызғылт және қызыл реңктер, қоңыр және көкшіл түстердің вариациялары антоцианиндердің болуымен қамтамасыз етіледі. Мұндай пигменттер өсімдік жасушасының шырынында байқалады. Суық мезгілде күн қысқарғанда,пигменттер өсімдік денесінде бар басқа қосылыстармен әрекеттеседі, бұл бұрын жасыл бөліктердің түсін өзгертуге әкеледі. Ағаштардың жапырақтары жарқын және түрлі-түсті болады - біз үйреніп қалған күз.
Ең танымал
Мүмкін, әрбір орта мектеп оқушысы фотосинтезге қажетті өсімдік пигменті хлорофилл туралы біледі. Осы қосылыстың арқасында өсімдік әлемінің өкілі күн сәулесін сіңіре алады. Алайда, біздің планетамызда тек өсімдіктер ғана емес, хлорофиллсіз өмір сүре алмайды. Кейінгі зерттеулер көрсеткендей, бұл қосылыс адамзат үшін өте қажет, өйткені ол қатерлі ісік процестерінен табиғи қорғауды қамтамасыз етеді. Пигмент канцерогендерді тежейтіні және улы қосылыстардың әсерінен ДНҚ-ны мутациялардан қорғауға кепілдік беретіні дәлелденді.
Хлорофилл - өсімдіктердің жасыл пигменті, химиялық жағынан молекуланы бейнелейді. Ол хлоропласттарда локализацияланған. Дәл осындай молекуланың арқасында бұл аймақтар жасыл түсті. Оның құрылымында молекула порфирин сақинасы болып табылады. Осы ерекшелікке байланысты пигмент гемоглобиннің құрылымдық элементі болып табылатын гемге ұқсайды. Негізгі айырмашылық орталық атомда: гемде темір өз орнын алады; хлорофилл үшін магний ең маңызды болып табылады. Ғалымдар бұл фактіні алғаш рет 1930 жылы анықтады. Оқиға Уилстаттер затты тапқаннан кейін 15 жыл өткен соң орын алды.
Химия және биология
Біріншіден, ғалымдар өсімдіктердегі жасыл пигмент екі түрлі болатынын анықтады, олар екі түрлі атаумен аталды.латын әліпбиінің алғашқы әріптері. Сорттардың арасындағы айырмашылық, аз болса да, әлі де бар және бүйірлік тізбектерді талдауда ең байқалады. Бірінші сорт үшін CH3 өз рөлін атқарады, екінші түрі үшін - CHO. Хлорофиллдің екі түрі де белсенді фоторецепторлар класына жатады. Олардың арқасында зауыт күн радиациясының энергетикалық компонентін сіңіре алады. Кейіннен хлорофиллдің тағы үш түрі анықталды.
Ғылымда өсімдіктердегі жасыл пигмент хлорофилл деп аталады. Жоғары өсімдіктерге тән осы молекуланың екі негізгі сорттары арасындағы айырмашылықтарды зерттей отырып, пигмент жұтуы мүмкін толқын ұзындығы А және В типтері үшін біршама әртүрлі екені анықталды. Шын мәнінде, ғалымдардың пікірінше, сорттар әрқайсысын тиімді түрде толықтырады. басқа, осылайша зауытқа қажетті энергия мөлшерін барынша сіңіру мүмкіндігін береді. Әдетте хлорофиллдің бірінші түрі екіншіге қарағанда үш есе жоғары концентрацияда байқалады. Олар бірге жасыл өсімдік пигментін құрайды. Қалған үш түрі өсімдіктердің ежелгі түрлерінде ғана кездеседі.
Молекулалардың ерекшеліктері
Өсімдік пигменттерінің құрылымын зерттей отырып, хлорофиллдің екі түрі де майда еритін молекулалар екені анықталды. Зертханаларда жасалған синтетикалық сорттар суда ериді, бірақ олардың ағзаға сіңуі майлы қосылыстардың қатысуымен ғана мүмкін болады. Өсімдіктер өсу үшін қуат беру үшін пигментті пайдаланады. Адамдардың рационында ол қалпына келтіру мақсатында қолданылады.
Хлорофилл сияқтыгемоглобин қалыпты жұмыс істей алады және ақуыз тізбегіне қосылған кезде көмірсулар түзе алады. Көрнекі түрде белок айқын жүйесі мен құрылымы жоқ түзілім болып көрінеді, бірақ бұл шын мәнінде дұрыс, сондықтан хлорофилл өзінің оңтайлы орнын тұрақты түрде сақтай алады.
Әрекет мүмкіндіктері
Жоғары сатыдағы өсімдіктердің осы негізгі пигментін зерттеген ғалымдар оның барлық жасыл өсімдіктерде кездесетінін анықтады: тізімге көкөністер, балдырлар, бактериялар кіреді. Хлорофилл толығымен табиғи қосылыс. Табиғаты бойынша ол қорғаушы қасиеттерге ие және улы қосылыстардың әсерінен ДНҚ-ның өзгеруіне, мутациясына жол бермейді. Ғылыми-зерттеу институтындағы Үнді ботаникалық бағында арнайы зерттеу жұмыстары ұйымдастырылды. Ғалымдар анықтағандай, жаңа піскен шөптерден алынған хлорофилл улы қосылыстардан, патологиялық бактериялардан қорғай алады, сонымен қатар қабыну белсенділігін тыныштандырады.
Хлорофилл қысқа өмір сүреді. Бұл молекулалар өте нәзік. Күн сәулелері пигменттің өліміне әкеледі, бірақ жасыл жапырақ жолдастарына қызмет еткендерді алмастыратын жаңа және жаңа молекулаларды жасауға қабілетті. Күзгі маусымда хлорофилл енді өндірілмейді, сондықтан жапырақтары түсін жоғалтады. Бұрын сыртқы бақылаушының көзінен жасырылған басқа пигменттер бірінші орынға шығады.
Әртүрлілікке шектеу жоқ
Заманауи зерттеушілерге белгілі өсімдік пигменттерінің әртүрлілігі өте үлкен. Жылдан жылға ғалымдар жаңа молекулаларды ашуда. Салыстырмалы түрде жақында жүргізілдізерттеулер хлорофиллдің жоғарыда аталған екі түріне тағы үш түрін қосуға мүмкіндік берді: C, C1. Дегенмен, А түрі әлі де ең маңызды болып саналады. Бірақ каротиноидтар біркелкі неғұрлым әртүрлі. Пигменттердің бұл класы ғылымға жақсы белгілі - олардың арқасында сәбіз тамыры, көптеген көкөністер, цитрус жемістері және өсімдік әлемінің басқа да сыйлықтары реңктерге ие болады. Қосымша сынақтар канарейлердің каротиноидтарға байланысты сары қауырсындары бар екенін көрсетті. Олар жұмыртқаның сарысына да түс береді. Каротиноидтардың көптігіне байланысты Азия тұрғындарының тері түсі ерекше.
Адамда да, жануарлар әлемінің өкілдерінде де каротиноидтарды өндіруге мүмкіндік беретін биохимиялық ерекшеліктер жоқ. Бұл заттар А дәруменінің негізінде пайда болады. Бұл өсімдік пигменттеріне бақылаулар арқылы дәлелденеді: егер тауық тамақпен өсімдік алмаса, жұмыртқаның сарысы өте әлсіз реңкке ие болады. Егер канарея қызыл каротиноидтармен байытылған көп мөлшерде тамақтандырылса, оның қауырсындары қызылдың ашық реңкіне ие болады.
Қызықты мүмкіндіктер: Каротиноидтар
Өсімдіктердегі сары пигмент каротин деп аталады. Ғалымдар ксантофилдердің қызыл реңк беретінін анықтады. Ғылыми қауымға белгілі осы екі түрдің өкілдерінің саны үнемі өсіп келеді. 1947 жылы ғалымдар жеті ондаған каротиноидтарды білді, ал 1970 жылы олар екі жүзден астам болды. Бұл белгілі бір дәрежеде физика саласындағы білімнің прогресіне ұқсас: олар алдымен атомдар, содан кейін электрондар мен протондар туралы білді, содан кейін ашылды.одан да кішкентай бөлшектер, оларды белгілеу үшін тек әріптер қолданылады. Элементар бөлшектер туралы айтуға бола ма? Физиктердің сынақтары көрсеткендей, мұндай терминді қолдану әлі ерте - ғылым, егер бар болса, оларды табуға болатын дәрежеде әлі дамымаған. Пигменттерде де осыған ұқсас жағдай дамыды – жылдан жылға жаңа түрлер мен түрлер ашылады, ал биологтар жан-жақты табиғатты түсіндіре алмай таң қалады.
Функциялар туралы
Жоғары сатыдағы өсімдіктердің пигменттерімен айналысатын ғалымдар табиғаттың пигмент молекулаларының соншалықты алуан түрлілігін неліктен және неліктен бергенін әлі түсіндіре алмайды. Кейбір жеке сорттардың функционалдығы анықталды. Каротиннің хлорофилл молекулаларының тотығудан қауіпсіздігін қамтамасыз ету үшін қажет екендігі дәлелденді. Қорғаныс механизмі қосымша өнім ретінде фотосинтез реакциясы кезінде түзілетін синглет оттегінің ерекшеліктеріне байланысты. Бұл қосылыс өте агрессивті.
Өсімдік жасушаларындағы сары пигменттің тағы бір ерекшелігі - фотосинтез процесіне қажетті толқын ұзындығы аралығын арттыру қабілеті. Қазіргі уақытта мұндай функция нақты дәлелденген жоқ, бірақ гипотезаның соңғы дәлелі алыс емес екенін көрсету үшін көптеген зерттеулер жүргізілді. Жасыл өсімдік пигменті сіңіре алмайтын сәулелерді сары пигмент молекулалары жұтады. Содан кейін энергия одан әрі трансформация үшін хлорофиллге жіберіледі.
Пигменттер: өте әртүрлі
Кейбіреулерді қоспағандакаротиноидтардың сорттары, аурондар деп аталатын пигменттер, халькондар сары түсті болады. Олардың химиялық құрылымы көптеген жағынан флавондарға ұқсас. Мұндай пигменттер табиғатта өте жиі кездеспейді. Олар жапырақшаларда, оксалистердің және снапдрагондардың гүлшоғырларында табылды, олар коропсистің түсін қамтамасыз етеді. Мұндай пигменттер темекі түтініне шыдамайды. Егер сіз өсімдікті темекімен фумигацияласаңыз, ол бірден қызарып кетеді. Өсімдік жасушаларында халькондардың қатысуымен жүретін биологиялық синтез флавонолдардың, флавондардың, аурондардың түзілуіне әкеледі.
Жануарларда да, өсімдіктерде де меланин бар. Бұл пигмент шашқа қоңыр реңк береді, соның арқасында бұйралар қара түске айналуы мүмкін. Егер жасушаларда меланин болмаса, жануарлар әлемінің өкілдері альбиностарға айналады. Өсімдіктерде пигмент қызыл жүзімнің қабығында және гүл жапырақшаларындағы кейбір гүлшоғырларда кездеседі.
Көк және т.б
Өсімдіктер фитохромның арқасында көк түске ие болады. Бұл гүлденуді бақылауға жауап беретін ақуыз өсімдік пигменті. Ол тұқымның өнуін реттейді. Фитохром өсімдіктер әлемінің кейбір өкілдерінің гүлденуін тездетсе, басқаларында керісінше баяулау процесі жүретіні белгілі. Белгілі бір дәрежеде оны сағатпен салыстыруға болады, бірақ биологиялық. Қазіргі уақытта ғалымдар пигменттің әсер ету механизмінің барлық ерекшеліктерін әлі білмейді. Бұл молекуланың құрылымы күн мен жарық уақытына қарай реттеліп, қоршаған ортадағы жарық деңгейі туралы ақпаратты өсімдікке тасымалдайтыны анықталды.
Ішінде көк пигментөсімдіктер – антоцианин. Дегенмен, бірнеше сорттары бар. Антоцианиндер көк түсті ғана емес, сонымен қатар қызғылт түсті, сонымен қатар қызыл және сирень түстерін, кейде қою, қанық күлгін түстерді түсіндіреді. Өсімдік жасушаларында антоцианиндердің белсенді генерациясы қоршаған ортаның температурасы төмендегенде байқалады, хлорофилл генерациясы тоқтайды. Жапырақтардың түсі жасылдан қызылға, қызылға, көкке өзгереді. Антоцианиндердің арқасында раушан мен көкнәр ашық қызыл гүлдерге ие. Сол пигмент герань мен жүгері гүлшоғырының реңктерін түсіндіреді. Антоцианиннің көгілдір алуан түрлілігінің арқасында көк қоңыраулар өздерінің нәзік түсіне ие. Бұл түрдегі пигменттің белгілі сорттары жүзімде, қызыл қырыққабатта байқалады. Антоцианиндер қара өріктердің бояуын қамтамасыз етеді.
Ашық және қараңғы
Белгілі сары пигмент, оны ғалымдар антохлор деп атады. Ол примула жапырақшаларының терісінен табылған. Антохлор примулаларда, қошқар гүлшоғырларында кездеседі. Олар сары сортты көкнәр мен георгинаға бай. Бұл пигмент зығыр гүлшоғырларына, лимон жемістеріне жағымды түс береді. Ол кейбір басқа зауыттарда анықталды.
Антофеин табиғатта салыстырмалы түрде сирек кездеседі. Бұл қара пигмент. Оның арқасында кейбір бұршақ тұқымдастардың тәжінде ерекше дақтар пайда болады.
Барлық жарқын пигменттерді табиғат өсімдіктер әлемі өкілдерінің ерекше бояуы үшін ойлап тапқан. Бұл бояудың арқасында өсімдік құстар мен жануарларды тартады. Бұл тұқымның таралуын қамтамасыз етеді.
Ұяшықтар мен құрылым туралы
Анықтауға тырысудаөсімдіктердің түсі пигменттерге қаншалықты тәуелді, бұл молекулалар қалай орналасады, пигментацияның бүкіл процесі не үшін қажет, ғалымдар өсімдік денесінде пластидтердің болатынын анықтады. Бұл түсті болуы мүмкін, бірақ түссіз де кішкентай денелерге берілген атау. Мұндай кішкентай денелер өсімдіктер әлемінің өкілдерінің арасында ғана. Барлық пластидтер жасыл реңкті хлоропласттарға, қызыл спектрдің әртүрлі вариацияларында боялған хромопласттарға (сары және өтпелі реңктерді қоса) және лейкопластарға бөлінді. Соңғысының реңктері жоқ.
Әдетте өсімдік жасушасында пластидтердің бір түрі болады. Тәжірибелер бұл денелердің түрден түрге ауысу қабілетін көрсетті. Хлоропластар жасыл түске боялған барлық өсімдік мүшелерінде кездеседі. Лейкопласттар күннің тікелей сәулелерінен жасырылған бөліктерде жиі байқалады. Олардың тамырсабақтарында көп, олар өсімдіктердің кейбір түрлерінің түйнектерінде, елеуіш бөлшектерінде кездеседі. Хромопластар жапырақшаларға, піскен жемістерге тән. Тилакоидты мембраналар хлорофиллге және каротиноидтарға байытылған. Лейкопласттардың құрамында пигменттік молекулалар жоқ, бірақ синтез процестері, қоректік қосылыстардың - белоктардың, крахмалдың, кейде майлардың жиналу орны болуы мүмкін.
Реакциялар мен түрлендірулер
Жоғары сатыдағы өсімдіктердің фотосинтетикалық пигменттерін зерттей отырып, ғалымдар хромопластардың құрамында каротиноидтардың болуына байланысты қызыл түске боялатынын анықтады. Хромопласттардың пластидтердің дамуының соңғы сатысы екендігі жалпы қабылданған. Олар қартаю кезінде лейко-, хлоропласттардың өзгеруі кезінде пайда болуы мүмкін. Көбінесемұндай молекулалардың болуы күзде жапырақтардың түсін, сондай-ақ жарқын, көзге ұнамды гүлдер мен жемістерді анықтайды. Каротиноидтарды балдырлар, өсімдік планктондары және өсімдіктер шығарады. Оларды кейбір бактериялар, саңырауқұлақтар тудыруы мүмкін. Каротиноидтар өсімдік әлемінің тірі өкілдерінің түсіне жауап береді. Кейбір жануарлардың биохимиялық жүйелері бар, соның арқасында каротиноидтар басқа молекулаларға айналады. Мұндай реакцияның шикізаты тағамнан алынады.
Қызғылт қоқиқаздарды бақылауға сәйкес, бұл құстар сары пигмент алу үшін спирулина мен кейбір басқа балдырларды жинап, сүзеді, содан кейін кантаксантин, астаксантин пайда болады. Дәл осы молекулалар құс қауырсындарына осындай әдемі түс береді. Көптеген балықтар мен құстар, шаяндар мен жәндіктер диетадан алынатын каротиноидтардың арқасында ашық түсті болады. Бета-каротин адам игілігі үшін қолданылатын кейбір витаминдерге айналады - олар көзді ультракүлгін сәулелерден қорғайды.
Қызыл және жасыл
Жоғары сатыдағы өсімдіктердің фотосинтетикалық пигменттері туралы айтқанда, олар жарық толқындарының фотондарын жұта алатынын атап өткен жөн. Бұл тек спектрдің адам көзіне көрінетін бөлігіне, яғни 400-700 нм диапазонындағы толқын ұзындығына қатысты екені атап өтілген. Өсімдік бөлшектері фотосинтез реакциясы үшін жеткілікті энергия қоры бар кванттарды ғана сіңіре алады. Сіңіру тек пигменттердің жауапкершілігінде. Ғалымдар өсімдіктер әлеміндегі тіршіліктің ең көне формаларын – бактерияларды, балдырларды зерттеді. Олардың құрамында көрінетін спектрде жарықты қабылдай алатын әртүрлі қосылыстар бар екені анықталды. Кейбір сорттар адам көзі қабылдамайтын сәулеленудің жеңіл толқындарын қабылдай алады - инфрақызылға жақын блоктан. Хлорофиллдерден басқа мұндай функционалдылық табиғаты бойынша бактериородопсинге, бактериохлорофиллдерге беріледі. Зерттеулер фикобилиндердің, каротиноидтардың синтезінің реакциялары үшін маңыздылығын көрсетті.
Өсімдіктердің фотосинтетикалық пигменттерінің алуан түрлілігі топтан топқа байланысты. Көп нәрсе өмір сүру формасы өмір сүретін жағдайлармен анықталады. Жоғары сатыдағы өсімдіктер әлемінің өкілдері эволюциялық ежелгі сорттарға қарағанда пигменттердің алуан түрлілігіне ие.
Бұл не туралы?
Өсімдіктердің фотосинтетикалық пигменттерін зерттей отырып, біз жоғары сатыдағы өсімдік формаларында хлорофиллдің екі түрі ғана болатынын анықтадық (бұрынғы A, B аталған). Бұл екі түрі де магний атомы бар порфириндер. Олар негізінен жарық энергиясын сіңіретін және оны реакция орталықтарына бағыттайтын жарық жинау кешендерінің құрамына кіреді. Орталықтарда өсімдікте болатын жалпы 1 типті хлорофиллдің салыстырмалы түрде аз пайызы бар. Мұнда фотосинтезге тән алғашқы әрекеттесулер орын алады. Хлорофилл каротиноидтармен бірге жүреді: ғалымдар анықтағандай, олардың әдетте бес түрі бар, көп емес. Бұл элементтер де жарық жинайды.
Еріген хлорофиллдер, каротиноидтар бір-бірінен біршама алшақ орналасқан тар жарық сіңіру жолақтары бар өсімдік пигменттері. Хлорофилл ең тиімді қабілетке иекөк толқындарды сіңіреді, олар қызылмен жұмыс істей алады, бірақ олар жасыл жарықты өте әлсіз қабылдайды. Спектрдің кеңеюі мен қабаттасуы өсімдік жапырақтарынан оқшауланған хлоропласттармен көп қиындықсыз қамтамасыз етіледі. Хлоропласт мембраналары ерітінділерден ерекшеленеді, өйткені бояғыш компоненттер белоктармен, майлармен қосылып, бір-бірімен әрекеттеседі және энергия коллекторлар мен жинақтау орталықтары арасында ауысады. Жапырақтың жарықты сіңіру спектрін қарастыратын болсақ, ол бір хлоропласттан да күрделірек, тегістелген болып шығады.
Рефлексия және сіңіру
Өсімдік жапырағының пигменттерін зерттей отырып, ғалымдар жапыраққа түскен жарықтың белгілі бір пайызы шағылысатынын анықтады. Бұл құбылыс екі сортқа бөлінді: айна, диффузиялық. Олар бірінші туралы айтады, егер беті жылтыр, тегіс болса. Парақтың шағылысуы негізінен екінші түрімен қалыптасады. Жарық қалыңдыққа енеді, шашырады, бағытын өзгертеді, өйткені сыртқы қабатта да, парақтың ішінде де әртүрлі сыну көрсеткіштері бар бөлгіш беттер болады. Жарық жасушалар арқылы өткенде де осындай әсерлер байқалады. Күшті сіңіру жоқ, оптикалық жол парақтың қалыңдығынан әлдеқайда үлкен, геометриялық түрде өлшенеді және парақ одан алынған пигментке қарағанда көбірек жарықты сіңіруге қабілетті. Жапырақтар бөлек зерттелген хлоропластарға қарағанда әлдеқайда көп энергияны сіңіреді.
Өсімдік пигменттері әртүрлі болғандықтан – қызыл, жасыл және т.б. – сәйкесінше, сіңіру құбылысы біркелкі емес. Парақ әртүрлі толқын ұзындығындағы жарықты қабылдай алады, бірақ процестің тиімділігі тамаша. Жасыл жапырақтардың ең жоғары сіңіру қабілеті спектрдің күлгін блогына тән, қызыл, көк және көк. Сіңу күші іс жүзінде хлорофиллдердің концентрациясымен анықталмайды. Бұл ортаның жоғары шашырау қабілетіне байланысты. Егер пигменттер жоғары концентрацияда байқалса, сіңу бетке жақын жерде орын алады.
