Wissenschaftler wissen, was Pflanzenfarbstoffe sind - grün und violett, gelb und rot. Pflanzenpigmente werden als organische Moleküle bezeichnet, die sich in Geweben und Zellen eines Pflanzenorganismus befinden - dank solcher Einschlüsse erh alten sie Farbe. In der Natur kommt Chlorophyll häufiger als andere vor, das im Körper jeder höheren Pflanze vorhanden ist. Orange, rötlicher Ton, gelbliche Schattierungen werden von Carotinoiden geliefert.
Und weitere Details?
Pflanzenfarbstoffe kommen in Chromo- und Chloroplasten vor. Insgesamt kennt die moderne Wissenschaft mehrere hundert Arten von Verbindungen dieses Typs. Ein beeindruckender Prozentsatz aller entdeckten Moleküle wird für die Photosynthese benötigt. Wie Tests gezeigt haben, sind Pigmente Quellen für Retinol. Rosa- und Rottöne, Variationen von Braun- und Blautönen werden durch das Vorhandensein von Anthocyanen bereitgestellt. Solche Pigmente werden im Zellsaft von Pflanzen beobachtet. Wenn die Tage in der k alten Jahreszeit kürzer werden,Pigmente reagieren mit anderen im Pflanzenkörper vorhandenen Verbindungen, wodurch sich die Farbe der zuvor grünen Teile ändert. Das Laub der Bäume wird hell und bunt - derselbe Herbst, den wir gewohnt sind.
Die berühmtesten
Vielleicht kennt fast jeder Gymnasiast Chlorophyll, einen Pflanzenfarbstoff, der für die Photosynthese notwendig ist. Aufgrund dieser Verbindung kann ein Vertreter der Pflanzenwelt das Licht der Sonne absorbieren. Auf unserem Planeten können jedoch nicht nur Pflanzen ohne Chlorophyll nicht existieren. Wie weitere Studien gezeigt haben, ist diese Verbindung für die Menschheit absolut unverzichtbar, da sie einen natürlichen Schutz vor Krebsprozessen bietet. Es wurde nachgewiesen, dass das Pigment Karzinogene hemmt und den DNA-Schutz vor Mutationen unter dem Einfluss toxischer Verbindungen gewährleistet.
Chlorophyll ist der grüne Farbstoff der Pflanzen und repräsentiert chemisch ein Molekül. Es ist in Chloroplasten lokalisiert. Durch ein solches Molekül sind diese Bereiche grün gefärbt. In seiner Struktur ist das Molekül ein Porphyrinring. Aufgrund dieser Spezifität ähnelt das Pigment Häm, das ein Strukturelement von Hämoglobin ist. Der entscheidende Unterschied liegt im Zentralatom: Beim Häm tritt Eisen an seine Stelle, beim Chlorophyll ist Magnesium am bedeutendsten. Wissenschaftler entdeckten diese Tatsache erstmals im Jahr 1930. Das Ereignis ereignete sich 15 Jahre nachdem Willstätter die Substanz entdeckt hatte.
Chemie und Biologie
Zunächst fanden Wissenschaftler heraus, dass das grüne Pigment in Pflanzen in zwei Varianten vorkommt, denen zwei Namen gegeben wurdendie ersten Buchstaben des lateinischen Alphabets. Der Unterschied zwischen den Varietäten ist zwar klein, aber immer noch da und macht sich am deutlichsten bei der Analyse der Seitenketten bemerkbar. Für die erste Sorte spielt CH3 ihre Rolle, für die zweite Sorte - CHO. Beide Formen des Chlorophylls gehören zur Klasse der aktiven Photorezeptoren. Dank ihnen kann die Pflanze die Energiekomponente der Sonnenstrahlung absorbieren. Anschließend wurden drei weitere Arten von Chlorophyll identifiziert.
In der Wissenschaft wird der grüne Farbstoff in Pflanzen Chlorophyll genannt. Bei der Untersuchung der Unterschiede zwischen den beiden Hauptsorten dieses Moleküls, das der höheren Vegetation eigen ist, wurde festgestellt, dass die Wellenlängen, die vom Pigment absorbiert werden können, für die Typen A und B etwas unterschiedlich sind. Wissenschaftlern zufolge ergänzen sich die Sorten tatsächlich effektiv andere, wodurch die Pflanze in der Lage ist, die erforderliche Energiemenge zu maximieren. Normalerweise wird die erste Art von Chlorophyll normalerweise in einer dreimal höheren Konzentration beobachtet als die zweite. Zusammen bilden sie einen grünen Pflanzenfarbstoff. Drei weitere Arten kommen nur in alten Vegetationsformen vor.
Eigenschaften von Molekülen
Bei der Untersuchung der Struktur von Pflanzenfarbstoffen wurde festgestellt, dass beide Arten von Chlorophyll fettlösliche Moleküle sind. In Labors hergestellte synthetische Sorten lösen sich in Wasser auf, aber ihre Aufnahme im Körper ist nur in Gegenwart von Fettverbindungen möglich. Pflanzen verwenden Pigmente, um Energie für das Wachstum bereitzustellen. In der Ernährung von Menschen wird es zum Zweck der Genesung verwendet.
Chlorophyll, wieHämoglobin kann normal funktionieren und Kohlenhydrate produzieren, wenn es an Proteinketten gebunden ist. Optisch scheint das Protein eine Formation ohne klares System und Struktur zu sein, aber es ist eigentlich richtig, und deshalb kann Chlorophyll seine optimale Position stabil beibeh alten.
Aktivitätsfunktionen
Wissenschaftler, die dieses Hauptpigment höherer Pflanzen untersuchten, fanden heraus, dass es in allen Grünpflanzen vorkommt: Die Liste umfasst Gemüse, Algen und Bakterien. Chlorophyll ist eine völlig natürliche Verbindung. Von Natur aus hat es die Eigenschaften eines Beschützers und verhindert die Transformation und Mutation von DNA unter dem Einfluss toxischer Verbindungen. Spezielle Forschungsarbeiten wurden im Indischen Botanischen Garten des Forschungsinstituts organisiert. Wie Wissenschaftler entdeckt haben, kann aus frischen Kräutern gewonnenes Chlorophyll vor toxischen Verbindungen und pathologischen Bakterien schützen und auch die Aktivität von Entzündungen beruhigen.
Chlorophyll ist kurzlebig. Diese Moleküle sind sehr zerbrechlich. Die Sonnenstrahlen führen zum Tod des Pigments, aber das grüne Blatt ist in der Lage, neue und neue Moleküle zu erzeugen, die diejenigen ersetzen, die ihren Kameraden gedient haben. In der Herbstsaison wird kein Chlorophyll mehr produziert, sodass das Laub seine Farbe verliert. Andere Pigmente treten in den Vordergrund, die zuvor den Augen eines externen Beobachters verborgen waren.
Der Vielf alt sind keine Grenzen gesetzt
Die Vielf alt der Pflanzenfarbstoffe, die modernen Forschern bekannt ist, ist außergewöhnlich groß. Von Jahr zu Jahr entdecken Wissenschaftler immer mehr neue Moleküle. Relativ kürzlich durchgeführtStudien haben es ermöglicht, drei weitere Typen zu den beiden oben genannten Chlorophyllsorten hinzuzufügen: C, C1, E. Typ A gilt jedoch immer noch als der wichtigste, aber Carotinoide sind ebenbürtig vielfältiger. Diese Klasse von Pigmenten ist der Wissenschaft wohlbekannt - ihnen sind Karottenwurzeln, viele Gemüsesorten, Zitrusfrüchte und andere Geschenke der Pflanzenwelt zu verdanken. Zusätzliche Tests haben gezeigt, dass Kanarienvögel aufgrund von Carotinoiden gelbe Federn haben. Sie geben auch dem Eigelb Farbe. Aufgrund des Überflusses an Carotinoiden haben Asiaten einen besonderen Hautton.
Weder der Mensch noch Vertreter der Tierwelt haben solche biochemischen Eigenschaften, die die Produktion von Carotinoiden ermöglichen würden. Diese Substanzen erscheinen auf der Basis von Vitamin A. Dies wird durch Beobachtungen an Pflanzenpigmenten bewiesen: Wenn das Huhn keine Vegetation mit Nahrung erh alten hat, hat das Eigelb einen sehr schwachen Farbton. Wenn ein Kanarienvogel eine große Menge an mit roten Carotinoiden angereichertem Futter gefüttert hat, nehmen seine Federn einen leuchtend roten Farbton an.
Kuriositäten: Carotinoide
Der gelbe Farbstoff in Pflanzen heißt Carotin. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass Xanthophylle einen roten Farbton liefern. Die Zahl der der Wissenschaft bekannten Vertreter dieser beiden Typen nimmt ständig zu. 1947 kannten Wissenschaftler etwa sieben Dutzend Carotinoide, 1970 waren es bereits mehr als zweihundert. Das ist gewissermaßen vergleichbar mit dem Erkenntnisfortschritt in der Physik: Zuerst wussten sie von Atomen, dann von Elektronen und Protonen, und dann enthüllten sienoch kleinere Partikel, für deren Bezeichnung nur Buchstaben verwendet werden. Kann man von Elementarteilchen sprechen? Wie die Tests von Physikern gezeigt haben, ist es zu früh, einen solchen Begriff zu verwenden - die Wissenschaft ist noch nicht so weit entwickelt, dass sie, wenn überhaupt, gefunden werden könnte. Eine ähnliche Situation hat sich bei Pigmenten entwickelt - von Jahr zu Jahr werden neue Arten und Arten entdeckt, und Biologen sind nur überrascht, können sich die Vielseitigkeit nicht erklären.
Über Funktionen
Wissenschaftler, die sich mit den Pigmenten höherer Pflanzen befassen, können noch nicht erklären, warum und warum die Natur eine so große Vielf alt an Pigmentmolekülen bereitgestellt hat. Die Funktionalität einiger einzelner Sorten wurde aufgedeckt. Es ist erwiesen, dass Carotin notwendig ist, um die Chlorophyllmoleküle vor Oxidation zu schützen. Der Schutzmechanismus beruht auf den Eigenschaften von Singulett-Sauerstoff, der bei der Photosynthesereaktion als zusätzliches Produkt entsteht. Diese Verbindung ist sehr aggressiv.
Ein weiteres Merkmal des gelben Pigments in Pflanzenzellen ist seine Fähigkeit, das für den Photosyntheseprozess erforderliche Wellenlängenintervall zu erhöhen. Im Moment ist eine solche Funktion nicht genau bewiesen, aber es wurde viel geforscht, um darauf hinzuweisen, dass der endgültige Beweis der Hypothese nicht mehr weit entfernt ist. Die Strahlen, die der grüne Pflanzenfarbstoff nicht absorbieren kann, werden von den gelben Farbstoffmolekülen absorbiert. Die Energie wird dann zur weiteren Umwandlung zum Chlorophyll geleitet.
Pigmente: so unterschiedlich
Außer einigenSorten von Carotinoiden, Pigmente namens Aurone, Chalkone haben eine gelbe Farbe. Ihre chemische Struktur ähnelt in vielerlei Hinsicht Flavonen. Solche Pigmente kommen in der Natur nicht sehr häufig vor. Sie wurden in Blättchen, Blütenständen von Oxalis und Löwenmäulchen gefunden, sie liefern die Farbe von Coreopsis. Solche Pigmente vertragen keinen Tabakrauch. Wenn Sie eine Pflanze mit einer Zigarette ausräuchern, wird sie sofort rot. Die biologische Synthese, die in Pflanzenzellen unter Beteiligung von Chalkone stattfindet, führt zur Bildung von Flavonolen, Flavonen, Auronen.
Sowohl Tiere als auch Pflanzen haben Melanin. Dieses Pigment verleiht dem Haar eine braune Tönung, dank ihm können die Locken schwarz werden. Wenn die Zellen kein Melanin enth alten, werden Vertreter der Tierwelt zu Albinos. In Pflanzen findet sich der Farbstoff in der Schale roter Weintrauben und in einigen Blütenständen in den Blütenblättern.
Blau und mehr
Vegetation bekommt ihre Blautönung dank Phytochrom. Es ist ein Protein-Pflanzenfarbstoff, der für die Kontrolle der Blüte verantwortlich ist. Es reguliert die Samenkeimung. Es ist bekannt, dass Phytochrom die Blüte einiger Vertreter der Pflanzenwelt beschleunigen kann, während andere den umgekehrten Prozess der Verlangsamung haben. Bis zu einem gewissen Grad ist es mit einer Uhr zu vergleichen, aber biologisch. Derzeit kennen die Wissenschaftler noch nicht alle Einzelheiten des Wirkungsmechanismus des Pigments. Es wurde festgestellt, dass die Struktur dieses Moleküls durch Tageszeit und Licht angepasst wird, wodurch Informationen über die Lichtintensität in der Umgebung an die Pflanze übermittelt werden.
Blaues Pigment drinPflanzen - Anthocyane. Allerdings gibt es mehrere Sorten. Anthocyane geben nicht nur eine blaue Farbe, sondern auch Rosa, sie erklären auch die roten und lila Farben, manchmal dunkles, sattes Purpur. Die aktive Bildung von Anthocyanen in Pflanzenzellen wird beobachtet, wenn die Umgebungstemperatur sinkt und die Bildung von Chlorophyll aufhört. Die Farbe des Laubs ändert sich von grün zu rot, rot, blau. Dank Anthocyanen haben Rosen und Mohnblumen leuchtend scharlachrote Blüten. Das gleiche Pigment erklärt die Schattierungen von Geranien- und Kornblumenblütenständen. Dank der blauen Sorte von Anthocyanen haben Glockenblumen ihre zarte Farbe. Bestimmte Sorten dieser Art von Pigment werden in Trauben und Rotkohl beobachtet. Anthocyane färben Schlehen, Pflaumen.
hell und dunkel
Bekannter gelber Farbstoff, den Wissenschaftler Anthochlor nennen. Es wurde in der Haut von Schlüsselblumenblättern gefunden. Anthochlor kommt in Primeln, Widderblütenständen vor. Sie sind reich an Mohnblumen gelber Sorten und Dahlien. Dieses Pigment verleiht Blütenständen von Leinkraut und Zitronenfrüchten eine angenehme Farbe. Es wurde in einigen anderen Pflanzen identifiziert.
Anthofein ist in der Natur relativ selten. Dies ist ein dunkles Pigment. Dank ihm erscheinen bestimmte Flecken auf der Krone einiger Hülsenfrüchte.
Alle Leuchtpigmente sind von der Natur für die spezifische Farbgebung von Vertretern der Pflanzenwelt konzipiert. Dank dieser Färbung zieht die Pflanze Vögel und Tiere an. Dadurch wird die Verbreitung der Samen sichergestellt.
Über Zellen und Struktur
Ich versuche es herauszufindenWie stark die Farbe von Pflanzen von Pigmenten abhängt, wie diese Moleküle angeordnet sind, warum der gesamte Prozess der Pigmentierung notwendig ist, haben Wissenschaftler entdeckt, dass Plastiden im Pflanzenkörper vorhanden sind. Dies ist die Bezeichnung für kleine Körper, die gefärbt sein können, aber auch farblos sind. Solche Körperchen gibt es nur und ausschließlich unter Vertretern der Pflanzenwelt. Alle Plastiden wurden in Chloroplasten mit einem grünen Farbton, Chromoplasten, die in verschiedenen Variationen des roten Spektrums (einschließlich Gelb- und Übergangsschattierungen) gefärbt waren, und Leukoplasten unterteilt. Letztere haben keine Schattierungen.
Normalerweise enthält eine Pflanzenzelle eine Sorte von Plastiden. Experimente haben die Fähigkeit dieser Körper gezeigt, sich von Typ zu Typ zu verwandeln. Chloroplasten kommen in allen grün gefärbten Pflanzenorganen vor. Leukoplasten werden häufiger in Teilen beobachtet, die vor direkten Sonnenstrahlen verborgen sind. Es gibt viele von ihnen in Rhizomen, sie kommen in Knollen vor, Siebpartikel einiger Pflanzenarten. Chromoplasten sind typisch für Blütenblätter, reife Früchte. Thylakoidmembranen sind mit Chlorophyll und Carotinoiden angereichert. Leukoplasten enth alten keine Pigmentmoleküle, können aber ein Ort für Syntheseprozesse, Ansammlung von Nährstoffverbindungen - Proteine, Stärke, gelegentlich Fette sein.
Reaktionen und Transformationen
Wissenschaftler haben bei der Untersuchung der photosynthetischen Pigmente höherer Pflanzen herausgefunden, dass Chromoplasten aufgrund des Vorhandenseins von Carotinoiden rot gefärbt sind. Es ist allgemein anerkannt, dass Chromoplasten der letzte Schritt in der Entwicklung von Plastiden sind. Sie erscheinen wahrscheinlich während der Transformation von Leuko-, Chloroplasten, wenn sie altern. In vielenDas Vorhandensein solcher Moleküle bestimmt die Farbe des Laubs im Herbst sowie leuchtende, ansprechende Blumen und Früchte. Carotinoide werden von Algen, pflanzlichem Plankton und Pflanzen produziert. Sie können von einigen Bakterien, Pilzen erzeugt werden. Carotinoide sind für die Farbe lebender Vertreter der Pflanzenwelt verantwortlich. Einige Tiere haben biochemische Systeme, aufgrund derer Carotinoide in andere Moleküle umgewandelt werden. Das Ausgangsmaterial für eine solche Reaktion wird aus der Nahrung gewonnen.
Nach Beobachtungen von rosa Flamingos sammeln und filtern diese Vögel Spirulina und einige andere Algen, um ein gelbes Pigment zu erh alten, aus dem dann Canthaxanthin und Astaxanthin hervorgehen. Es sind diese Moleküle, die dem Vogelgefieder eine so schöne Farbe verleihen. Viele Fische und Vögel, Krebse und Insekten haben durch Carotinoide, die über die Nahrung aufgenommen werden, eine leuchtende Farbe. Beta-Carotin wird in einige Vitamine umgewandelt, die für den Menschen nützlich sind – sie schützen die Augen vor ultravioletter Strahlung.
Rot und Grün
Apropos photosynthetische Pigmente höherer Pflanzen, es sei darauf hingewiesen, dass sie Photonen von Lichtwellen absorbieren können. Es wird darauf hingewiesen, dass dies nur für den Teil des Spektrums gilt, der für das menschliche Auge sichtbar ist, dh für eine Wellenlänge im Bereich von 400–700 nm. Pflanzenpartikel können nur Quanten aufnehmen, die über ausreichende Energiereserven für die Photosynthesereaktion verfügen. Die Absorption liegt ausschließlich in der Verantwortung der Pigmente. Wissenschaftler haben die ältesten Lebensformen in der Pflanzenwelt untersucht - Bakterien, Algen. Es wurde festgestellt, dass sie verschiedene Verbindungen enth alten, die Licht im sichtbaren Spektrum aufnehmen können. Einige Sorten können Lichtwellen von Strahlung empfangen, die vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen werden - von einem Block im nahen Infrarot. Neben Chlorophyllen wird Bakteriorhodopsin, Bakteriochlorophyllen, eine solche Funktionalität von Natur aus zugeschrieben. Studien haben die Bedeutung für die Reaktionen der Synthese von Phycobiline, Carotinoide gezeigt.
Die Vielf alt der pflanzlichen Photosynthesepigmente unterscheidet sich von Gruppe zu Gruppe. Vieles wird von den Bedingungen bestimmt, unter denen die Lebensform lebt. Vertreter der höheren Pflanzenwelt haben eine geringere Pigmentvielf alt als evolutionär alte Sorten.
Worum geht es?
Bei der Untersuchung der photosynthetischen Pigmente von Pflanzen fanden wir heraus, dass höhere Pflanzenformen nur zwei Varietäten von Chlorophyll haben (oben erwähnt A, B). Beide Arten sind Porphyrine, die ein Magnesiumatom haben. Sie sind überwiegend in Lichtsammelkomplexen enth alten, die Lichtenergie absorbieren und zu Reaktionszentren leiten. Die Zentren enth alten einen relativ kleinen Prozentsatz des gesamten in der Pflanze vorhandenen Typ-1-Chlorophylls. Hier finden die für die Photosynthese charakteristischen primären Wechselwirkungen statt. Chlorophyll wird von Carotinoiden begleitet: Wie Wissenschaftler herausgefunden haben, gibt es davon normalerweise fünf Sorten, nicht mehr. Diese Elemente sammeln auch Licht.
Aufgelöste Chlorophylle und Carotinoide sind Pflanzenfarbstoffe, die schmale Lichtabsorptionsbanden haben, die ziemlich weit voneinander entfernt sind. Chlorophyll hat die Fähigkeit, am effektivstenblaue Wellen absorbieren, sie können mit roten arbeiten, aber sie fangen grünes Licht sehr schwach ein. Spektrumserweiterung und -überlappung wird durch Chloroplasten bereitgestellt, die ohne große Schwierigkeiten aus den Blättern der Pflanze isoliert werden. Chloroplastenmembranen unterscheiden sich von Lösungen, da die farbgebenden Komponenten mit Proteinen, Fetten verbunden sind, miteinander reagieren und Energie zwischen Sammlern und Akkumulationszentren wandert. Betrachten wir das Lichtabsorptionsspektrum eines Blattes, stellt sich heraus, dass es noch komplexer und geglättet ist als ein einzelner Chloroplast.
Reflexion und Absorption
Wissenschaftler haben bei der Untersuchung der Pigmente eines Pflanzenblattes herausgefunden, dass ein bestimmter Prozentsatz des Lichts, das auf das Blatt trifft, reflektiert wird. Dieses Phänomen wurde in zwei Varianten unterteilt: Spiegel, diffus. Sie sagen über das erste, wenn die Oberfläche glänzend und glatt ist. Die Reflexion des Blechs wird überwiegend von der zweiten Art gebildet. Licht sickert in die Dicke, streut, ändert die Richtung, da es sowohl in der Außenschicht als auch im Inneren der Platte Trennflächen mit unterschiedlichen Brechungsindizes gibt. Ähnliche Effekte werden beobachtet, wenn Licht durch Zellen dringt. Es gibt keine starke Absorption, der optische Weg ist viel größer als die Dicke der Folie, geometrisch gemessen, und die Folie kann mehr Licht absorbieren als das daraus extrahierte Pigment. Blätter absorbieren auch viel mehr Energie als separat untersuchte Chloroplasten.
Da es unterschiedliche Pflanzenfarbstoffe gibt - rot, grün und so weiter - ist das Absorptionsphänomen ungleichmäßig. Die Folie ist in der Lage, Licht unterschiedlicher Wellenlängen wahrzunehmen, aber die Effizienz des Prozesses ist ausgezeichnet. Die höchste Absorptionskapazität von grünem Laub ist dem violetten Block des Spektrums, Rot, Blau und Blau, eigen. Die Stärke der Absorption wird praktisch nicht von der Konzentration der Chlorophylle bestimmt. Dies liegt daran, dass das Medium eine hohe Streukraft hat. Wenn Pigmente in hoher Konzentration beobachtet werden, tritt eine Absorption nahe der Oberfläche auf.
