Пигментация растений

 
 

Оглавление 

Введение 2

1 Хлорофилл 3

1.1 Условия образования  хлорофилла 4

1.2 Химические свойства хлорофилла 5

2 Каротиноиды 7

2.1 Физиологическая роль каротиноидов 7

2.2 Образование каротиноидов 8

3 Библиографический список 9 

Введение

 

    Пигменты (от латинского слова pigmentum — краска) — это окрашенные вещества тканей организмов. Их химическая природа различна. Они есть во всех клетках и выполняют немало функций: переносят кислород и углекислый газ, участвуют в окислительно-восстановительных реакциях и в фотохимических процессах — фотосинтезе и акте зрения. Они могут служить светофильтрами, теплоизоляторами, маскировочным материалом, приспосабливая к среде организм тонко и гармонично. Некоторые пигменты являются провитаминами: это желто-оранжевые пигменты растений — каротиноиды и флавоноиды .

    Цвет  пигментов зависит от особой группы атомов, поглощающих свет от определенной длины волны в видимой части  спектра. Эта часть молекулы пигмента называется хромофорной. В ней подвижные  электроны, общие для всей этой системы, легко переходят на энергетически  более высокую орбиталь. Поэтому пигменты необходимы всюду, где происходит транспортировка электронов, где один вид энергии превращается в другой.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1 Хлорофилл

 

    Здоровье  всех живых существ на Земле прямо  или косвенно связано с хлорофиллом . Он был открыт около ста лет назад, и исследователи сразу обратили внимание на то, что химическая формула хлорофилла удивительно похожа на гемоглобин – красный пигмент крови и переносчик кислорода в организме.

    Хлорофилл иногда называют зелёной кровью растений, и в этом нет ничего удивительного  – хлорофилл является предшественником гемоглобина. Природа использовала своё самое первое гениальное изобретение (хлорофилл) ещё раз в организме  животных, поскольку в явном или  не явном виде все они питаются растениями (для хищников пищей служат травоядные животные). Но даже хищники  болеют, если их пищевой рацион не содержит растительной пищи, и в первую очередь  зелёных пищевых растений.

      С помощью хлорофилла растения  улавливают солнечную световую  энергию и запасают её в  виде органических веществ (продуктов  питания). Для полноценного развития  хлорофилл нуждается в хорошей  освещённости, влажности и других  естественных условиях. Растения  в парниках, закрытые стеклом  или плёнкой недополучают значительную  часть солнечной энергии, что  нарушает природный баланс всех  остальных веществ и делает  растение неполноценным продуктом  питания. 

      Хлорофилл служит своеобразной ловушкой-матрицей не только для квантов солнечного света, энергия которых расходуется растениями на синтез питательных и полезных веществ. Хлорофилл, несомненно, взаимодействует и с другими видами природных излучений, пронизывающих как растения, так и наше тело. Взаимодействуя, складываясь, вычитаясь и резонируя эти колебания принимают участие в регулировании обмена веществ, способствуют приспособлению организма к среде обитания. В отличие от грубой энергии питательных веществ, полезные биологически активные вещества снабжают организм "тонкой энергией", предназначенной для управления его работой (создания иерархического порядка внутренней организации), а говоря на языке физики – для понижения энтропии организма. Именно с хлорофилла начинает формироваться здоровье, вначале самих растений, а затем и тех, кто потребляет их в качестве пищи.

      От хлорофилла зависит формирование  в растении всей информации  о внешней среде, в которой  обитают живые существа, что и  помогает их организму регулировать  ключевые биохимические процессы  обмена веществ, а значит защиту  здоровья, избавление организма  от болезней и их профилактику.  

    1.1 Условия образования  хлорофилла

 

    Образование  хлорофилла  осуществляется  в  2  фазы:  первая  фаза   – темновая,  во  время которой   образуется   предшественник   хлорофилла   – протохлорофилл, а вторая – световая,  при которой из  протохлорофилла  на свету образуется хлорофилл. Для образования  хлорофилла  необходимо  наличие железа.  При  недостатке  железа  получаются   растения,   характеризующиеся бледными полосами и слабой зелёной окраской листьев. Образование  хлорофилла зависит от температуры. Оптимальная температура  для  накопления  хлорофилла 26-30 С. Как и следовало ожидать, от температуры зависит лишь  образование протохлорофилла   (темновая   фаза).   При   наличии   уже    образовавшихся протохлорофиллов  процесс зеленения  (световая  фаза)  идёт  с   одинаковой скоростью независимо от  температуры.  На  скорость  образования  хлорофилла оказывает  влияние  содержания  воды.   Сильное   обезвоживание   проростков приводит   к   полному   прекращению   образования   хлорофилла.    Особенно чувствительно к обезвоживанию образование протохлорофилла.

    Важнейшее  значение  для   образования   хлорофилла   имеют   условия минерального  питания.  Прежде  всего,  необходимо  достаточное   количества железа. При недостатке железа даже листья взрослых растений теряют  окраску. Это явление названо хлорозом. Железо – необходимый  катализатор  образования хлорофилла.

    Большое  значение для обеспечения  синтеза  хлорофилла  имеет  нормальное  снабжение  растений азотом и магнием, так как оба эти элемента входят в состав  хлорофилла.  При недостатке меди хлорофилл легко разрушается.  Это,  по-видимому,  связано  с тем,  что  медь  способствует  образованию   устойчивых   комплексов   между хлорофиллом и соответствующими белками.

      1.2 Химические свойства хлорофилла

 

По химическому  составу  хлорофилл  представляет  сложный  эфир  дикарбоновой кислоты  хлорофинилла.  Хлорофинилл   представляет   собой   азотосодержащее металлоорганическое соединение, относящееся к  магний-порфиринам.  В центре молекулы хлорофилла расположен атом  магния, который соединён  с четырьмя азотами  пиррольных  группировок.  В пиррольных   группировках   хлорофилла имеется  система  чередующихся  двойных  и  простых  связей.  Это   и   есть хромофорная группа хлорофилла, обуславливающая его окраску.

    Химическая  формула была установлена в 1913 году  немецкими  биохимиками Р. Вильштеттером и А. Штоллем. Им  удалось её  установить,  последовательно отщепляя от молекулы  хлорофилла  отдельные  её  части  действием  кислот  и щелочей, а в дальнейшем  и  нагреванием  под  давлением.  До  этих  работ  в физиологии растений считалось, что хлорофилл содержит железо, а  не  магний.

    2 Каротиноиды

 

    Каротиноиды — это желтые и оранжевые пигменты алифатического строения, производные изопрена. Каротиноиды содержатся во всех высших растениях и у многих микроорганизмов. Это самые распространенные пигменты с разнообразными функциями. Каротиноиды, содержащие кислород, получили название ксантофиллы. Основными представителями каротиноидов у высших растений являются два пигмента — каротин (оранжевый) и ксантофилл (желтый). Каротин состоит из 8 изопреновых остатков. При разрыве углеродной цепочки пополам и образовании на конце спиртовой группы каротин превращается в 2 молекулы витамина А. Обращает на себя внимание сходство в структуре фитоласпирта, входящего в состав хлорофилла, и углеродной цепочки, соединяющей пионовые кольца каротина. Предполагается, что фитол возникает как продукт гидрирования этой части молекулы каротиноидов. Поглощение света каротиноидами, их окраска, а также способность к окислительно-восстановительным реакциям обусловлены наличием конъюгированных двойных связей, b каротин имеет два максимума поглощения, соответствующие длинам волн 482 и 452 нм. В отличие от хлорофиллов каротиноиды не поглощают красные лучи, а также не обладают способностью к флуоресценции. Подобно хлорофиллу каротиноиды в хлоропластах и хроматофорах находятся в виде нерастворимых в воде комплексов с белками.

    2.1 Физиологическая  роль каротиноидов

 

    Уже тот факт, что каротиноиды всегда присутствуют в хлоропластах, позволяет считать, что они принимают участие в процессе фотосинтеза. Однако не отмечено ни одного случая, когда в отсутствие хлорофилла этот процесс осуществляется. В настоящее время установлено, что каротиноиды, поглощая определенные участки солнечного спектра, передают энергию этих лучей на молекулы хлорофилла. Тем самым они способствуют использованию лучей, которые хлорофиллом не поглощаются. Физиологическая роль каротиноидов не ограничивается их участием в передаче энергии на молекулы хлорофилла. По данным русского исследователя Д.И. Сапожникова, на свету происходит взаимопревращение ксантофиллов (виолаксантин превращается в зеаксантин), что сопровождается выделением кислорода. Спектр действия этой реакции совпадает со спектром поглощения хлорофилла, что позволило высказать предположение об ее участии в процессе разложения воды и выделения кислорода при фотосинтезе. Имеются данные, что каротиноиды выполняют защитную функцию, предохраняя различные органические вещества, в первую очередь молекулы хлорофилла, от разрушения на свету в процессе фотоокисления. Опыты, проведенные на мутантах кукурузы и подсолнечника, показали, что они содержат протохлорофиллид (темновой предшественник хлорофилла), который на свету переходит в хлорофилл а, но разрушается. Последнее связано с отсутствием способности исследованных мутантов к образованию каротиноидов. Ряд исследователей указывают, что каротиноиды играют определенную роль в половом процессе у растений. Известно, что в период цветения высших растений содержание каротиноидов в листьях уменьшается. Одновременно оно заметно растет в пыльниках, а также в лепестках цветков. По мнению П. М. Жуковского, микроспорогенез тесно связан с метаболизмом каротиноидов. Незрелые пыльцевые зерна имеют белую окраску, а созревшая пыльца — желто-оранжевую. В половых клетках водорослей наблюдается дифференцированное распределение пигментов. Мужские гаметы имеют желтую окраску и содержат каротиноиды. Женские гаметы содержат хлорофилл. Высказывается мнение, что именно каротин обусловливает подвижность сперматозоидов. По данным В. Мевиуса, мате­ринские клетки водоросли хламидомонады образуют половые клетки (гаметы) первоначально без жгутиков, в этот период они еще не могут передвигаться в воде. Жгутики образуются только после освещения гамет длинноволновыми лучами, которые улавливаются особым каротиноидом — кроцетином.

    2.2 Образование каротиноидов

 

    Синтез  каротиноидов не требует света. При формировании листьев каротиноиды образуются и накапливаются в пластидах еще в тот период, когда зачаток листа защищен в почке от действия света. В начале освещения образование хлорофилла в этиолированных проростках сопровождается временным падением содержания каротиноидов. Однако затем содержание каротиноидов восстанавливается и даже повышается с увеличением интенсивности освещения. Установлено, что между содержанием белка и каротиноидов имеется прямая коррелятивная связь. Потеря белка и каротиноидов в срезанных листьях идет параллельно. Образование каротиноидов зависит от источника азотного питания. Более благоприятные результаты по накоплению каротиноидов получены при выращивании растений на нитратном фоне по сравнению с аммиачным. Недостаток серы резко уменьшает содержание каротиноидов. Большое значение имеет соотношение — Ca/Mg в питательной среде. Относительное увеличение содержания кальция приводит к усиленному накоплению каротиноидов по сравнению с хлорофиллом. Противоположное влияние оказывает увеличение содержания магния. 

    3 Библиографический  список

 

1. Мамонтов  С. Г. Основы биологии: Курс для самообразования. М.: Просвещение, 1992, 416 с.
2. Павлов И. Ю., Вахненко Д. В., Москвичев Д. В. Биология. Пособие-репетитор для поступающих в вузы. Ростов-на-Дону, издательство «Феникс», 1999, 576 с.