Красный пигмент антоциан не для красоты а для пользы

Природные минеральные краски: красная охра

Сейчас для художников не проблема найти подходящий оттенок красного цвета. Большинство современных красок – синтетические, изобретенные в техническую эпоху (после восемнадцатого века). А как же творили древние художники? Сколько цветовых оттенков было в их палитре? Знаменитый живописец Тициан говорил, что настоящему художнику достаточно иметь три краски: белую, черную и красную. Вся остальная гамма оттенков достигается путем смешения этих основных цветов. Как видим, без красного нельзя было обойтись и самому Тициану.

Что же использовали древние живописцы, чтобы изобразить пурпурный, розовый, алый, бордовый? Природных красителей, имеющих цвет крови, и в античную эпоху было немало. Но самым древним из них является красная охра. Что это за минерал и как из него добывают стойкий пигмент, читайте в данной статье.

Само название этого минерала греческое. Но это вовсе не значит, что охру изобрели или впервые стали использовать в Древней Элладе. Нет, минеральную краску находят даже на самых древних наскальных рисунках. Охра, что называется, была у людей под ногами, и для ее использования как красителя не нужны были какие-то технологии. Подобрал камешек и рисуй. Этот природный минерал состоит из гидрата окиси железа. А греческое слово «охрос» означает бледно-желтый.

Как же так? А откуда же берется охра красная? Цвет у природного минерала действительно желтый. В зависимости от глины, которая в естественных условиях примешивается к гидрату окиси железа, он варьируется от светлого бежевого до коричневатого. Желтая охра встречается в изобилии в любой части света. Поэтому она и стала первой краской, используемой древними художниками палеолита.

Что такое красная охра

Цвет крови и жизни всегда был притягательным для людей. Художникам хотелось изобразить раненого зверя, чтобы по симпатической магии обеспечить счастливый исход охоты. Но где взять минерал подходящего цвета? В местностях с активной вулканической деятельностью встречается безводная окись железа. В отличие от желтого гидрата, она при смешивании с глиной дает теплый оттенок красного.

Технология получения красителя, как мы видим, довольно проста. В местах, где нет вулканических пород, достаточно просто обжечь желтую охру. Вода из минерала испарится, и он поменяет цвет на красный. Нехитрая и незатратная технология привела к тому, что красная охра до сих пор широко используется для производства масляных, клеевых и прочих красок, а также в изготовлении набивного ситца. Следует упомянуть и безвредность минерала. По сравнению с суриком и киноварью, тоже дающими красный цвет, охра не приносит никакого вреда организму человека. Члены племени химба, обитающего в Намибии, покрывают этим минералом волосы и все тело. Охра, таким образом, защищает их от солнечных ожогов и перегрева.

Нужно сказать, что «цвет» и «сущность» в этой цивилизации обозначались одним иероглифом. Египтяне стремились получить глубокий, насыщенный оттенок, чтобы возвеличить богов. Охра же дает теплые, невыразительные тона. В поисках насыщенности и глубины цвета египтяне стали первооткрывателями первого синтетического красителя. Правда, он имел голубой цвет. Пигмент был изобретен в третьем тысячелетии до нашей эры. Сначала из песка с примесью меди выдувалось стекло. Потом оно тщательно растиралось в порошок.

Египтяне также старились получить яркий оттенок красного. И таким красителем стала киноварь. Минерал растирался и тщательно промывался. Но и охра (желтая и красная) не была забыта. Она использовалась для придания изображению естественных оттенков. Красный цвет для египтян носил двоякое значение. С одной стороны, он символизировал кровь Осириса. Охрой и киноварью покрывали одежду Матери Мира, Изиды. Но красным цветом изображались и опасные демоны, а также угрожающий всему живому змей Апоп. Но в Древнем царстве тела мужчин принято было расписывать обожженной охрой. Это символизировало их жизненную силу.

Этот пигмент до сих пор широко используется благодаря богатству палитры. Ведь можно экспериментировать со степенью нагреванию желтой охры, получая оранжевые тона. Основная примесь к безводной окиси железа – глина – также привносит свою лепту в конечный цвет. Из-за нее может быть темно-красная охра или светлая, почти розовая. Между ними существует еще масса оттенков. Наиболее светлым охряным является венецианский красный. Это теплый тон. Несмотря на то что красный по определению не может быть холодным, охра дает такой оттенок. Он очень темный, почти коричневый. Называется этот цвет индийская или английская охра.

В поисках красного

Мы уже упоминали о киновари. Эта очень мощная, яркая и глубокая краска. Красная охра по сравнению с ней выглядит довольно тускло. Киноварь получали из обработанной железной руды. Но яркий красный цвет не всегда уместен в живописи.

Еще одним конкурентом охры был сурик. Это окись свинца. Сурик давал насыщенный красный цвет, но он опасен для здоровья. Не менее вредным является и вермильон. Эту краску изобрели в Китае три тысячи лет назад. Изготавливали его нагреванием серы и ртути.

Но самым дорогостоящим красным был тирийский пурпур. Его добывали из двух видов моллюсков. Одна улитка давала лишь два грамма красителя. Поэтому тирийским пурпуром покрывали одежду императора Римской империи, а сенаторы имели право лишь на одну полосу краски на тоге.

Использование минерального пигмента в живописи

Если верить Плинию, в античном мире главным местом, откуда поставлялась красная охра, был Понтус Юксинус в Синопе. Хоть оксид железа и проигрывает киновари в глубине и яркости цвета, у него есть одна особенность. Пигмент отлично смешивается с различными другими красителями, образуя, таким образом, огромную гамму цветовых оттенков. Охра абсорбирует масло и очень непрозрачна. Художники в Средние века и позже использовали ее при написании фресок. Ее применяли при написании картин маслом и в рисунках. Иконописец Дионисий широко использовал охру разных оттенков в своей живописи.

Источник



Красный цвет в природе

Цель: изучить вещества ,образующие красный цвет в природе и оценить их влияние на живые организмы.

  1. Изучить пластиды растительных клеток
  2. Изучить влияние ликопенов на живые организмы.

Нами подробно изучены цветы, плоды, фрукты, листья и т.д., имеющие красную окраску.

Мы пришли к выводу, что помидоры красные ,так как в нем содержится природный краситель каротин. Впервые его выделил из осенних листьев Берцелиус в 1837 году. Чистые кристаллы каротина – фиолетовые. Но в помидоре есть еще и изомер каротина ликопен. Его кристаллы – оранжево-желтые. Комбинация этих двух веществ в кожуре дает разнообразную гамму оттенков. А в шиповнике вместе каротиноидами содержится и химически подобный ликопин , который под воздействием меди и железа вызывает некрасивую коричневую окраску плодов. Пигменты, содержащиеся в растениях, представляют собой очень разнородные химические вещества. Кроме своей явной функции, т.е. придания фруктам и овощам разнообразной и привлекательной окраски, некоторые из них играют и важную биохимическую роль. Так , зеленый растительный пигмент хлорофилл обуславливает своим присутствием уже ранее упомянутый фотосинтез. Во время тепловой обработки овощного сырья хлорофилл подвергается очень быстрым химическим изменениям и продукт приобретает оливковую окраску. Реакция ускоряется при повышении температуры и кислотности среды и происходит, например, при стерилизации и хранении огурцов, зеленого горошка, фасоли и т.п.Окраска красных и сине-фиолетовых плодов, таких ягод, как малина, черника, смородина, брусника, чернослив и других плодов, вызывается антоцианами. Окраска антоциана зависит от кислотности среды. Желтую или оранжевую окраску придают растениям каротиноиды. Некоторые из них, например, B-каротин и другие превращаются в человеческом организме в провитамин А. Богаты содержанием B-каротина морковь, шпинат, абрикосы, светлая черешня, помидоры и другие растения. В некоторых овощных растениях желтые каротиноиды прикрыты хлорофиллом. При технологических вмешательствах каротиноиды бывают сравнительно устойчивы, несколько чувствительны бывают по отношению к окислению.

  1. В организм животных каротиноиды поступают с растительной пищей, определяя их окраску; защищают организмы от воздействия ультрафиолетового излучения.
  2. Каротиноиды выполняют антиоксидантную и иммуностимулирующую функции.

Актуальность: В организме человека ликопен содержится в печени, простате, надпочечниках, яичках. Более 80% сконцентрировано в надпочечниках и яичках, что указывает связь ликопена с их биологическими функциями. Некоторые исследования показали, что употребление в пищу продуктов из помидоров уменьшает риск возникновения некоторых типов раковых заболеваний, в особенности рака простаты.

Результаты работы: Согласно исследованиям 1998 года, употребление американцами ликопена составляет в среднем от 3,1 до 3,7 мг в день. В других странах дневное потребление его ещё ниже: в среднем это 1,3 мг в Германии, 1,1 мг в Великобритании и 0,7 мг в Финляндии. Мужчины обычно употребляют больше ликопена ,чем женщины; с возрастом потребляемое его количество уменьшается. Самое большое кол-во ликопена была зафиксировано у американских подростков 12-19 лет. Благодаря употреблению кетчупов ,пасты и т.д. Но это не лучший источник ликопенов. Так же мы пришли к выводу, что для того чтобы избежать многих болезней нужно употреблять продукты,содержащие ликопен в больших количествах .К сожалению ,люди не могут ежедневно употреблять помидоры в нужных количествах. Но существует выход. Сейчас,в аптеках довольно много лекарств , с большим содержанием ликопенов. Некоторые из них продаются строго по рецепту врача ,а другие находятся в свободной продаже.

  1. Изучение научной литературы;
  2. Сравнение и анализ;
  3. Описательный;
  4. Фотографирование.

Во время предметной недели биологии была оформлена фотовыставка “Красный цвет в природе”. У нас возникла мысль о том, могут ли влиять на физиологические процессы животных вещества, определяющие красный цвет растений. Мы решили изучить этот вопрос и разработать одноименный проект.

Пластиды – бесцветные или окрашенные тельца растительных клеток. Пластиды характерны только для растений. В зависимости от окраски, связанной с наличием или отсутствием тех или иных пигментов, различают три основных типа пластид:

– хромопласты (желтого, оранжевого или красного цвета) и

Обычно в клетке встречаются пластиды только одного типа. Однако установлено, что одни типы пластид могут переходить в другие. Хлоропласты встречаются во всех зеленых органах растений, лейкопласты весьма обычны в клетках органов, скрытых от солнечного света, – корнях, корневищах, клубнях, а также в ситовидных элементах некоторых покрытосеменных. Хромопласты содержатся в клетках лепестков многих растений, зрелых окрашенных плодах (томаты, шиповник, рябина). В мембранах тилакоидов сосредоточен главнейший пигмент зеленых растений – хлорофилл и вспомогательные пигменты – каротиноиды. В лейкопластах пигменты отсутствуют, но здесь может осуществляться синтез и накопление запасных питательных веществ, в первую очередь крахмала, иногда белков, редко жиров.

Красноватая или оранжевая окраска хромопластов связана с присутствием в них каротиноидов. Считается, что хромопласты – конечный этап в развитии пластид, иначе говоря, это стареющие хлоропласты и лейкопласты. Наличие хромопластов отчасти определяет яркую окраску многих цветков, плодов и осенних листьев.

Синтез каротиноидов осуществляют только водоросли, фитопланктон, растения и некоторые разновидности грибов и бактерий.
Каротиноиды определяют формирование окраски живых организмов в природе, так, например, своими ярко-желтым и красным цветами фрукты, овощи и листья растений обязаны каротиноидам.
Хотя некоторые животные способны превращать каротиноиды в другие формы, они все же должны получать их из своего питательного рациона. Например, розовый фламинго фильтрует Спирулину и другие водоросли и превращает их желтые пигменты – бета-каротин и зеаксантин в розовато-красные каротиноиды – астаксантин и кантаксантин, которые затем, накапливаясь в оперении, придают ему столь восхитительный цвет. Многие виды птиц, рыб, ракообразных и насекомых окрашены каротиноидами, полученными вместе с пищей. Люди тоже используют себе на пользу широкие возможности каротиноидов. Так бета-каротин превращается в витамин А, лютеин и зеаксантин предохраняет от повреждения ультрофиолетом область желтого пятна сетчатки глаза.

Каротиноиды являются природными веществами, биосинтез которых осуществляется растениями и некоторыми микроорганизмами. Человек и животные не способны их синтезировать и должны регулярно получать их с пищей, так как каротиноиды выполняют в организме целый ряд жизненно-важных функций. Исходя из этого, биодоступность каротиноидов исследовали на вит. А-дефицитных животных. В настоящее время известно, что каротиноиды обладают и другими ценными специфическими свойствами, не связанными с А-витаминной активностью. В живых организмах они действуют как фотопротекторы и антиоксиданты.

Помимо бета-каротина, в плазме крови людей обнаружены другие каротиноиды: альфа-каротин, ликопин, зеаксантин, криптоксантин, лютеин.

Уровень бета-каротина в плазме крови значительно ниже у курящих, алкоголиков, онкологических и кардиологических больных.

Помидоры (томаты) имеют красную окраску. В состав помидора входят сахара – в основном фруктоза и глюкоза, минеральные соли, такие как йод, калий, фосфор, бор, магний, натрий, марганец, кальций, железо, медь, цинк. Помидоры богаты целым набором витаминов, а именно витамины A, B, B2, B6, C, E, K, PP и бета-каротин. Помидоры (томаты) содержат органические кислоты (лимонная, яблочная, винная и в небольшом количестве щавелевая). Также в состав помидора (томата) входит мощный антиоксидант – ликопен. Ликопен способен защитить мужчин от рака простаты, и женщин от рака шейки матки, прекратить деление опухолевых клеток и мутации ДНК. В переработанных томатах, ликопена даже больше, чем в сырых. Помидоры помогают сохранить зрение и предотвращают изменения в сетчатке глаз. Помидоры защищают организм от вредного воздействия солнечной радиации. Содержащийся в помидорах ликопен, улучшает работу мозга.

Лекарственные препараты, содержащие каротиноиды.

1. Ликопен, не лекарство, а БАД.

Ликопен (Lyc-0-Mate)™ – запатентованная форма ликопена, полученная из генетически немодифицированных томатов, содержит такие важные компоненты как токофенолы, фитостероиды и каротиноиды.

Главные источники ликопена – помидоры и продукты из помидоров; они обеспечивают 85% количества поступающего с пищей ликопена. Другими источниками являются арбуз, гуава, папайя, абрикосы, розовый грейпфрут, красные апельсины.

Ликопен – один из наиболее мощных каротиноидов-антиоксидантов. На плазменные уровни ликопена влияют питание, возраст, пол, гормональный статус, конституция, уровни липидов крови, курение, алкоголь и понижающие уровень холестерина лекарства.

В организме человека ликопен содержится в печени, простате, надпочечниках, яичках; более 80% сконцентрировано в двух последних, что предполагает связь ликопена с их биологическими функциями.

2.Лесмин поливитаминно-фитоцидный комплекс

Главными действующими веществами БАД “Лесмин” являются производные хлорофилла, витамин Е, каротиноиды, фитостерины.

Хлорофилл – пигмент растений, с помощью которого осуществляется процесс фотосинтеза. Содержится в зеленых листовых овощах: петрушке, сельдерее, салате, шпинате, луке-перо, а также в морских водорослях. По своей химической структуре хлорофилл близок к гемоглобину крови. Действие на организм человека многогранно: усиливает кроветворение; стимулирует восстановление тканей; препятствует токсическому действию мутагенов и канцерогенов – вредных агентов, повреждающих гены; стимулирует иммунитет; уничтожает болезнетворные вирусы, бактерии и грибки; обладает противовоспалительным действием, антиоксидантными свойствами — способностью нейтрализовать постоянно образующиеся в нашем организме разрушительные свободные радикалы.

Каротиноиды – растительные пигменты. Каротиноиды содержатся в ярко окрашенных оранжевых и желто-зеленых овощах и фруктах, преобладает в них бета-каротин. Кроме того, что они превращаются в витамин А, каротиноиды выполняют антиоксидантную и иммуностимулирующую функции. Каротиноиды выполняют и ряд других важнейших функций: предотвращают нестабильность хромосом; тормозят избыточное деление клеток; подавляют работу онкогенов – генов нашего организма, которые запускают процесс ракового перерождения клеток; регулируют генетические программы уничтожения опухолевых клеток; активируют ферменты, разрушающие вредные вещества; тормозят воспалительные реакции; поддерживают функцию зрения.

Источниками каротиноидов являются морковь, рябина садовая, зелень петрушки и шпината, зеленый лук, красный перец, абрикосы, салат, тыква, помидоры, персики, дыня.

Для чего нужен астаксантин?
Астаксантин – это король семейства каротиноидов. Если сравнить его с бета-каротином(в моркови) то можно увидеть, что он имеет два дополнительных атома кислорода на каждом из колец, что придает ему глубокий красный цвет и делает его элитой ксантофиллов. Эти дополнительные функциональные группы увеличивают антиоксидантные свойства астаксантина, и придают ему уникальные свойства, не присущие никаким другим каротиноидам. Астаксантин также обладает способностью стабилизировать клетки, играя роль заклепки между мембранами.
Впервые астаксантин был выделен из омаров в 1938 году. С тех пор он был найден в тканях различных птиц, креветок, крабов, рыб, растений, и, наверное у всех лососей (нерки, Атлантического, розового лососей, кеты, лосося Чинук и форели). Так что астаксантин присутствовал в нашей диете на протяжении многих тысяч лет.
Недавно Министерством по контролю над Пищей и Лекарствами США было проведено измерение концентрации астаксантина в мясе разных лососевых рыб. Это исследование показало, что в среднем в них содержится от 5 до 40 миллионных частей астаксантина.

Кижуч
Нерка
Розовый лосось
Кета
Королевский лосось Чинук
Атлантический лосось

Содержание астаксантина

30–58 мг/кг
9–28 мг/кг
3–7 мг/кг
1–8 мг/кг
1–22 мг/кг
5–7 мг/кг

Среднее значение

40,4 мг/кг
13,8 мг/кг
5,4 мг/кг
5,6 мг/кг
8,9 мг/кг
5,3 мг/кг

Интересно, но животные научились использовать антиоксидантные свойства астаксантина. Все знают, что лососи преодолевают тысячи миль для того, чтобы отложить икру там, где родились они сами.
Лососи накапливают астаксантин, получаемый ими вместе с пищей, Природа выбрала астаксантин в качестве защитника жирных кислот от окислительного стресса, наблюдающегося во время травмирующей миграции.
Самка лосося откладывает икринки, обогащенные астаксантином (чтобы обезопасить развивающегося малька от воздействия ультрафиолетового излучения.

Микроводоросль Haematococcus (ге-ма-то-кок-кус) – это богатейший источник астаксантина. На Гаваях ее можно встретить в небольших водоемах со свежей водой. В хороших условиях водоросль имеет зеленую окраску и постоянно двигается в поисках скоплений питательных веществ.
Когда питательные вещества подходят к концу, клетки начинают переходить в покоящуюся фазу, и производить огромные количества астаксантина для защиты от ультрафиолетового света и окисления.
Еще одним источником астаксантина являются дрожжи, Phaffia, их можно иногда видеть растущими на коре некоторых деревьев. Еще одним возможным источником является крилевое масло, однако оно обладает неприятным рыбным запахом, содержить всего около 1200 миллионных долей астаксантина и является довольно редким.

Важное значение при выборе того или иного растения имеет его цвет. Почему? Многие вещества, которые участвуют в переносе энергии в биологических системах, имеют определенный цвет. К примеру, травы, окрашенные в зеленый цвет, содержат пигмент хлорофилл. Это вещество обладает высокой биологической активностью. По своей химической структуре он близок к гемоглобину крови. Установлено, что введение препаратов хлорофилла в организм способствует увеличению количества гемоглобина и стимулирует образование форменных элементов крови. Уже через 15 мин после введения этого растительного пигмента содержание гемоглобина в крови увеличивается, активизируя защитные функции организма. Растения зеленого цвета обладают противомикробной и противовирусной активностью. При этом их биологическая активность сохраняется и после нагревания до температуры 100 °C.

Алая, красная, малиновая, фиолетовая и синяя окраски кожицы и мякоти растений обусловлены пигментами, обладающими противомикробными и противогрибковыми свойствами. Они выводят из организма химические вещества и радионуклиды.

Желтая окраска плодов и цветов растений – это признак наличия в их тканях флавоноидов. Они обладают противомикробным действием, которое усиливается под влиянием аскорбиновой кислоты. Желтые пигменты играют важную роль в обменных процессах в организме человека.

За покраснение листьев осенью отвечают пигменты под названием антоцианы. Одна из теорий предполагает, что красный цвет отпугивает паразитов так же, как яркая окраска ядовитых насекомых предупреждает других животных об опасности.

Окультуренные растения несут значительно меньше листьев, краснеющих осенью, по сравнению с дикими. Чаще всего люди проводят селекцию деревьев, ориентируясь на размер и вкусовые качества плодов. Дички, в свою очередь, больше «озабочены» защитой от паразитов. Исследователь предположил, что красный цвет листьев коррелирует со способностью растений противостоять вредителям.

Для проверки своей гипотезы ученый поместил на листья диких и окультуренных яблонь, растущих в Средней Азии, одинаковое количество тли. При этом на «дикарях» осенью покраснело приблизительно 62 процента листьев, а на «прирученных» деревьях – только 3. К весне на диких яблонях выжило 29 процентов насекомых, в то время как на окультуренных эта цифра составила 60 процентов. Автор исследования предположил, что в красных листьях содержатся вещества, ядовитые для тли.

Сторонники другой точки зрения считают, что антоцианы защищают листья от воздействия солнечных лучей.

Источник

Красный пигмент антоциан не для красоты, а для пользы

Антоцианы являются растительными водорастворимыми пигментами фиолетового, синего и пурпурного цветов. Антоцианы придают плодам, цветам, листьям растений пурпурно-фиолетовые оттенки. Красота осеннего пейзажа, это не что иное, как пигментация увядающих листьев антоцианами и каротиноидами.

Современная наука утверждает, что антоцианы представляют аптечку в ярких упаковках, а растения со специфическими оттенками обладают антиоксидантными, противовоспалительными, противовирусными свойствами.

Что такое антоцианы

антоцианы

Антоцианы являются растительными пигментами фиолетового, синего и пурпурного цветов. В растениях антоцианы играют две роли. Они придают неповторимый оттенок цветам и фруктам, но для растений важнее невидимая роль пигментов. Антоцианы защищают растительные ткани от окислительного стресса, вызванного ультрафиолетом. Защита от разрушения продлевает жизнь растения.

В последнее время были проведены крупные исследования, посвященные целебному воздействию антоцианов на организм. В статье дается краткий обзор полезных свойств биофлавоноидов и список продуктов, содержащих фиолетовый пигмент. Антоцианы являются лишь одним из многих типов соединений, которые определяют цвет. Различные фитохимические соединения придают растениям полный спектр радуги. Другие фитохимические вещества:

  • Хлорофилл (зеленый) — все зеленые части растений
  • Ликопин (красный) — помидоры, арбузы
  • Каротиноиды (желтый / оранжевый) — морковь, тыква
  • Астаксантин (розово-красный) — лосось, креветки
  • Другие флавоноиды (могут быть бесцветными)

Полезные свойства антоцианов

Антоцианы, это растительные пигменты фиолетово-пурпурных цветов. Благодаря антоцианам красная капуста, виноград, свекла, окрашены в яркие, радующие глаз цвета. Большое число исследований показывает, что употребление продуктов, богатых антоцианинами, связано с хорошим здоровьем.

Доказательства впервые появились в конце 1980-х годов в исследовании под названием «Французский парадокс». Название «Французский парадокс» относится к факту, что у французов количество сердечных приступов на 30% меньше, чем у американцев. Хотя в целом во Франции у большинства населения наблюдается повышенный уровень холестерина в крови, высокое кровяное давление и употребление, в среднем, в четыре раза больше сливочного масла.

Антоцианы, самые крупные водорастворимые пигменты в растительном царстве. Они представляют разновидность фитонутриентов, встречающихся исключительно в растениях. Растения с красочными пигментами давно ценятся в фитотерапии за многочисленные преимущества для здоровья. Например, в средние века, а может и раньше, клюкву использовали для лечения инфекций мочевых путей, бузину для борьбы с простудой и гриппом, боярышник для снижения артериального давления.

Исследования показывают, что пурпурные и красные фрукты, овощи и травы, а также добавки концентрированных антоцианов могут помочь защитить от рака, снижения познавательной способности, диабета, сердечных заболеваний и ожирения. Все антоцианы, это:

  • Антиоксиданты
  • Улучшают познавательные способности и работу мозга
  • Защищают печень
  • Восстанавливают зрение
  • Предотвращают опухолевые процессы
  • Снижают уровень плохого холестерина
  • Способствуют потере веса
  • Улучшают капиллярную проходимость
  • Антиканцерогены

Какие продукты содержат антоцианы

Антоцианины в высоких концентрациях содержатся в черной смородине, ежевике, чернике, в баклажанах (в коже), красной капусте, клюкве и вишне. Пигменты определяют цвет не только плодов, но и всех частей растений: листьев, лепестков, стебля. Растения вырабатывают пигменты для защиты от ультрафиолетового излучения и неблагоприятных условий окружающей среды. Известные плоды и ягоды с содержанием антоцианов:

  • Черника
  • Клюва
  • Малина
  • Ежевика
  • Черная смородина
  • Гранат
  • Вишня
  • Баклажаны
  • Свекла
  • Виноград
  • Красная капуста
  • Все красные перцы
  • Черный рис

Цветная диета просто и полезно

Все антоцианы являются мощными антиоксидантами и обязательно должны присутствовать в рационе человека. Это простой и научно обоснованный подход к правильному питанию. Стратегия является легкой для выполнения и лучшей по эффективности.

Диетологи рекомендуют «есть радугу из плодов и фруктов». В этом случае человек получает доступ ко всему спектру полезных для здоровья флавоноидов. Пять порций цветных фруктов и овощей в день обеспечивают поступление в организм почти всех полезных фитонутриентов. Просто положите в тарелку «радугу».

Антоцианы в чернике

Народная медицина показывает пример использования флавоноидов. Самый яркий случай, это применение черники в народных рецептах. Ягоды черники всегда применялись для улучшения зрения. Черника обладает антибактериальными свойствами. Фундаментальные исследования свойств антоцианов в чернике стали проводить сравнительно недавно.

Исследование, проведенное «European Journal of Nutrition», показало, что добавка, содержащая сухой черничный порошок, улучшает мозговую деятельность у детей в возрасте от 7 до 10 лет. Черника оказывает положительное влияние на зрение в условиях низкой освещенности.

Доказана эффективность черники для профилактики сердечных заболеваний, инсульта, рака и дегенерации желтого пятна. Черника содержит витамин. С, который обладает иммуномодулирующим эффектом. Витамин С помогает защищать клетки и способствует усвоению железа, содержит растворимые волокна, полезные для пищеварительной системы. Добавки черники улучшают память у пожилых людей. У пожилых людей, которым в течение 12 недель давали сок черники, улучшилась память, снизился уровень глюкозы и уменьшились, депрессивные симптомы.

Наряду с антиоксидантным и противовоспалительным действием, исследователи отметили, что «антоцианы связаны с усилением нейрональной сигнализации в мозговых центрах, опосредующей функцию памяти, а также улучшенным удалением глюкозы, что, как ожидается, снизит нейродегенерацию. «

В исследовании, проведенном в 2012 году в Американском журнале «Болезнь Альцгеймера и другие болезни деменции», было обнаружено, что употребление большего количества ягод снижает познавательный упадок у пожилых людей. В ходе исследования ученые определили, что черника, голубика и земляника, дают наибольшие преимущества для защиты функции мозга.

Красный пигмент в гранате

Ежедневный стакан гранатового сока улучшает приток крови к сердцу, что приводит к снижению риска сердечного приступа. Гранат, это хороший источник клетчатки, дубильных веществ, витаминов А, С и Е, железа и других антиоксидантов. Потребление 50 мл гранатового сока в день уменьшает повреждение артерий и сокращает накопление холестерина.

Бузина от простуды и гриппа

Антиоксидантная способность, бузины выше, чем у черники, клюквы, ягод годжи и ежевики. Бузина, это настоящий «источник» здоровья. Ягоды бузины содержат антоцианидины, которые обладают иммуностимулирующим действием. Было установлено, что экстракт бузины является безопасным, эффективным средством лечения симптомов простуды и гриппа.

В 2009 г. в лабораторном исследовании, опубликованном в журнале «Phytochemistry», было обнаружено, что антоцианины бузины связываются с вирусом свиного гриппа H1N1, блокируя его способность инфицировать клетки-хозяева.

Исследователи отметили, что антоцианины бузины действуют по аналогии с некоторыми фармацевтическими препаратами. Эти данные — лишь некоторые из последних результатов многочисленных исследований пользы антоцианов для здоровья.

Фиолетовый картофель пища японских долгожителей

Сладкий фиолетовый картофель едят на японском острове Окинава, где проживает исключительно здоровое пожилое население. Многим перевалило за 100 и больше, а показатели деменции на 50% ниже, чем на Западе. Некоторые ученые считают, что употребление большого количества фиолетового сладкого картофеля играет ключевую роль в поддержании здоровья и работы мозга до глубокой старости.

На сегодняшний день не так много исследований, посвященных пользе фиолетового сладкого картофеля. Невозможно сказать, что долголетие жителей Окинавы обусловлено только одним видом пищи. Если фиолетовый картофель найти трудно, черный виноград и гранаты стоят дорого, то красная капуста или скромная свекла доступны в любое время года.

Суточная потребность в антоцианах

Содержание антоцианов в продуктах

Антоцианы не прячутся, а продукты, содержащие этот пигмент, выделяются на общем фоне. Вы сразу определите наличие антоцианов в том или ином фрукте. Например, ягоды и виноград, это доступные источники фиолетового пигмента.

Четкой нормы употребления антоцианов нет. Рекомендуемое количество 15-20 мг в сутки. Например, 100 гр. черной смородины содержат 270-700 мг антоцианов в зависимости от сорта. Стоит учитывать тот факт, что многие ягоды являются аллергенами. Людям, склонным к проявлению аллергических реакций, следует соблюдать меру.

Полезные свойства продуктов, содержащих антоцианы

Существует связь между потреблением овощей, фруктов, ягод и риском смертности от рака и сердечно-сосудистых заболеваний. Исследователи обнаружили, что мужчины, которые потребляли овощи, фрукты и ягоды более 20 раз в месяц, снижали риск смертности от сердечно-сосудистых заболеваний. Это на 10% больше по сравнению с мужчинами с более низким потреблением фруктов и овощей. Установлено, что потребление фруктов и ягод обратно пропорционально общей смертности от рака.

Ягодно-гранатовый коктейль — ежедневная порция антоцианов

Простой способ включить антоцианы в меню — фруктовый коктейль, состоящий из замороженных или свежие ягод, гранатового сока и сухого концентрата антоцианов. Подобные добавки можно приобрести в магазинах здорового питания. Следующий рецепт сделает завтрак вкуснее и полезнее.

  • 100 гр. замороженных ягод по вкусу и желанию
  • ½ спелого банана
  • 100 гр. простого йогурта
  • 50 мл. гранатового сока
  • 1 чайная ложка концентрированного порошка антоцианов
  • 1 чайная ложка меда, по желанию
  • 1 ложка протеинового порошка по желанию

Поместите ингредиенты в блендер, кроме протеинового порошка, и смешайте на высокой скорости до получения однородной массы. Добавьте протеиновый порошок и перемешайте на медленной скорости до тех пор, пока порошок не растворится.
Нет сомнений в том, что фиолетовые плоды, это источник антиоксидантов. Но не стоит забывать, что оптимальную пользу принесет «радуга» разных цветов фруктов и овощей.

Если вам понравилась статья, поставьте лайк. Просто поделитесь с друзьями в соц.сетях. Это поможет нам улучшать сайт. Спасибо!

Источник

Истории цветов и пигментов: красный

Давайте ненадолго отвлечемся от темы стекла и поговорим о цветах. На этой неделе рассмотрим три основных цвета: красный, желтый и синий. Почему они основные? Потому что это чистые цвета, природные. Мы не можем получить их, смешивая другие краски. А вот если смешать красный с синим, желтый с красным и так далее., то можно получить новые цвета, дополняющие нашу палитру.

Наш мир полон цвета. Фрукты и лепестки цветов, поля и леса, закатное небо. Сегодня мы уделим внимание одному из самых опасных, жадных, сочных цветов красному.

Красный очень переменчивый цвет он может быть мрачным, сочным, вкусным, игривым, таинственным, притягательным, давящим, радостным. Но этот тот цвет, который никак нельзя назвать равнодушным. Ведь не зря именно красный чаще всего используют художники и фотографы, чтобы обозначить акценты. Он привлекает ваше внимание, приковывает его.

Но предлагаю привязать тему красного к более художественной направляющей акварели. Удивительно, но на протяжении тысячелетий красный пигмент добывался из кошенили вид насекомых, тля. Их собирали с травы определенного вида и опунции (кактус). Так для 100 гр пигмента краски в ало-фиолетовой гамме нужно было около 14 тысяч высушенных насекомых.

Так же для получения красного пигмента используют траву марену. Ее можно найти в таких красках, как ализариновый малиновый и розовая марена.

Интересно, что если говорить о работе со стеклом или фарфором, красный краситель является одним из самых капризных. Существует множество факторов, которые могут заставить его выгореть под воздействием температур или поменять цвет вплоть до фиолетового. Поэтому чаще всего красный цвет наносят в последнюю очередь.

Ловите подборку красного цвета в нашей жизни. А самых любопытных в конце ждет мудборд.:)

Источник

Красный пигмент антоциан не для красоты а для пользы

Красный пигмент антоциан не для красоты, а для пользы

Антоцианы являются растительными водорастворимыми пигментами фиолетового, синего и пурпурного цветов. Антоцианы придают плодам, цветам, листьям растений пурпурно-фиолетовые оттенки. Красота осеннего пейзажа, это не что иное, как пигментация увядающих листьев антоцианами и каротиноидами.

Современная наука утверждает, что антоцианы представляют аптечку в ярких упаковках, а растения со специфическими оттенками обладают антиоксидантными, противовоспалительными, противовирусными свойствами.

Что такое антоцианы

антоцианы

Антоцианы являются растительными пигментами фиолетового, синего и пурпурного цветов. В растениях антоцианы играют две роли. Они придают неповторимый оттенок цветам и фруктам, но для растений важнее невидимая роль пигментов. Антоцианы защищают растительные ткани от окислительного стресса, вызванного ультрафиолетом. Защита от разрушения продлевает жизнь растения.

В последнее время были проведены крупные исследования, посвященные целебному воздействию антоцианов на организм. В статье дается краткий обзор полезных свойств биофлавоноидов и список продуктов, содержащих фиолетовый пигмент. Антоцианы являются лишь одним из многих типов соединений, которые определяют цвет. Различные фитохимические соединения придают растениям полный спектр радуги. Другие фитохимические вещества:

  • Хлорофилл (зеленый) — все зеленые части растений
  • Ликопин (красный) — помидоры, арбузы
  • Каротиноиды (желтый / оранжевый) — морковь, тыква
  • Астаксантин (розово-красный) — лосось, креветки
  • Другие флавоноиды (могут быть бесцветными)

Полезные свойства антоцианов

Антоцианы, это растительные пигменты фиолетово-пурпурных цветов. Благодаря антоцианам красная капуста, виноград, свекла, окрашены в яркие, радующие глаз цвета. Большое число исследований показывает, что употребление продуктов, богатых антоцианинами, связано с хорошим здоровьем.

Доказательства впервые появились в конце 1980-х годов в исследовании под названием «Французский парадокс». Название «Французский парадокс» относится к факту, что у французов количество сердечных приступов на 30% меньше, чем у американцев. Хотя в целом во Франции у большинства населения наблюдается повышенный уровень холестерина в крови, высокое кровяное давление и употребление, в среднем, в четыре раза больше сливочного масла.

Антоцианы, самые крупные водорастворимые пигменты в растительном царстве. Они представляют разновидность фитонутриентов, встречающихся исключительно в растениях. Растения с красочными пигментами давно ценятся в фитотерапии за многочисленные преимущества для здоровья. Например, в средние века, а может и раньше, клюкву использовали для лечения инфекций мочевых путей, бузину для борьбы с простудой и гриппом, боярышник для снижения артериального давления.

Исследования показывают, что пурпурные и красные фрукты, овощи и травы, а также добавки концентрированных антоцианов могут помочь защитить от рака, снижения познавательной способности, диабета, сердечных заболеваний и ожирения. Все антоцианы, это:

  • Антиоксиданты
  • Улучшают познавательные способности и работу мозга
  • Защищают печень
  • Восстанавливают зрение
  • Предотвращают опухолевые процессы
  • Снижают уровень плохого холестерина
  • Способствуют потере веса
  • Улучшают капиллярную проходимость
  • Антиканцерогены

Какие продукты содержат антоцианы

Антоцианины в высоких концентрациях содержатся в черной смородине, ежевике, чернике, в баклажанах (в коже), красной капусте, клюкве и вишне. Пигменты определяют цвет не только плодов, но и всех частей растений: листьев, лепестков, стебля. Растения вырабатывают пигменты для защиты от ультрафиолетового излучения и неблагоприятных условий окружающей среды. Известные плоды и ягоды с содержанием антоцианов:

  • Черника
  • Клюва
  • Малина
  • Ежевика
  • Черная смородина
  • Гранат
  • Вишня
  • Баклажаны
  • Свекла
  • Виноград
  • Красная капуста
  • Все красные перцы
  • Черный рис

Цветная диета просто и полезно

Все антоцианы являются мощными антиоксидантами и обязательно должны присутствовать в рационе человека. Это простой и научно обоснованный подход к правильному питанию. Стратегия является легкой для выполнения и лучшей по эффективности.

Диетологи рекомендуют «есть радугу из плодов и фруктов». В этом случае человек получает доступ ко всему спектру полезных для здоровья флавоноидов. Пять порций цветных фруктов и овощей в день обеспечивают поступление в организм почти всех полезных фитонутриентов. Просто положите в тарелку «радугу».

Антоцианы в чернике

Народная медицина показывает пример использования флавоноидов. Самый яркий случай, это применение черники в народных рецептах. Ягоды черники всегда применялись для улучшения зрения. Черника обладает антибактериальными свойствами. Фундаментальные исследования свойств антоцианов в чернике стали проводить сравнительно недавно.

Исследование, проведенное «European Journal of Nutrition», показало, что добавка, содержащая сухой черничный порошок, улучшает мозговую деятельность у детей в возрасте от 7 до 10 лет. Черника оказывает положительное влияние на зрение в условиях низкой освещенности.

Доказана эффективность черники для профилактики сердечных заболеваний, инсульта, рака и дегенерации желтого пятна. Черника содержит витамин. С, который обладает иммуномодулирующим эффектом. Витамин С помогает защищать клетки и способствует усвоению железа, содержит растворимые волокна, полезные для пищеварительной системы. Добавки черники улучшают память у пожилых людей. У пожилых людей, которым в течение 12 недель давали сок черники, улучшилась память, снизился уровень глюкозы и уменьшились, депрессивные симптомы.

Наряду с антиоксидантным и противовоспалительным действием, исследователи отметили, что «антоцианы связаны с усилением нейрональной сигнализации в мозговых центрах, опосредующей функцию памяти, а также улучшенным удалением глюкозы, что, как ожидается, снизит нейродегенерацию. «

В исследовании, проведенном в 2012 году в Американском журнале «Болезнь Альцгеймера и другие болезни деменции», было обнаружено, что употребление большего количества ягод снижает познавательный упадок у пожилых людей. В ходе исследования ученые определили, что черника, голубика и земляника, дают наибольшие преимущества для защиты функции мозга.

Красный пигмент в гранате

Ежедневный стакан гранатового сока улучшает приток крови к сердцу, что приводит к снижению риска сердечного приступа. Гранат, это хороший источник клетчатки, дубильных веществ, витаминов А, С и Е, железа и других антиоксидантов. Потребление 50 мл гранатового сока в день уменьшает повреждение артерий и сокращает накопление холестерина.

Бузина от простуды и гриппа

Антиоксидантная способность, бузины выше, чем у черники, клюквы, ягод годжи и ежевики. Бузина, это настоящий «источник» здоровья. Ягоды бузины содержат антоцианидины, которые обладают иммуностимулирующим действием. Было установлено, что экстракт бузины является безопасным, эффективным средством лечения симптомов простуды и гриппа.

В 2009 г. в лабораторном исследовании, опубликованном в журнале «Phytochemistry», было обнаружено, что антоцианины бузины связываются с вирусом свиного гриппа H1N1, блокируя его способность инфицировать клетки-хозяева.

Исследователи отметили, что антоцианины бузины действуют по аналогии с некоторыми фармацевтическими препаратами. Эти данные — лишь некоторые из последних результатов многочисленных исследований пользы антоцианов для здоровья.

Фиолетовый картофель пища японских долгожителей

Сладкий фиолетовый картофель едят на японском острове Окинава, где проживает исключительно здоровое пожилое население. Многим перевалило за 100 и больше, а показатели деменции на 50% ниже, чем на Западе. Некоторые ученые считают, что употребление большого количества фиолетового сладкого картофеля играет ключевую роль в поддержании здоровья и работы мозга до глубокой старости.

На сегодняшний день не так много исследований, посвященных пользе фиолетового сладкого картофеля. Невозможно сказать, что долголетие жителей Окинавы обусловлено только одним видом пищи. Если фиолетовый картофель найти трудно, черный виноград и гранаты стоят дорого, то красная капуста или скромная свекла доступны в любое время года.

Суточная потребность в антоцианах

Содержание антоцианов в продуктах

Антоцианы не прячутся, а продукты, содержащие этот пигмент, выделяются на общем фоне. Вы сразу определите наличие антоцианов в том или ином фрукте. Например, ягоды и виноград, это доступные источники фиолетового пигмента.

Четкой нормы употребления антоцианов нет. Рекомендуемое количество 15-20 мг в сутки. Например, 100 гр. черной смородины содержат 270-700 мг антоцианов в зависимости от сорта. Стоит учитывать тот факт, что многие ягоды являются аллергенами. Людям, склонным к проявлению аллергических реакций, следует соблюдать меру.

Полезные свойства продуктов, содержащих антоцианы

Существует связь между потреблением овощей, фруктов, ягод и риском смертности от рака и сердечно-сосудистых заболеваний. Исследователи обнаружили, что мужчины, которые потребляли овощи, фрукты и ягоды более 20 раз в месяц, снижали риск смертности от сердечно-сосудистых заболеваний. Это на 10% больше по сравнению с мужчинами с более низким потреблением фруктов и овощей. Установлено, что потребление фруктов и ягод обратно пропорционально общей смертности от рака.

Ягодно-гранатовый коктейль — ежедневная порция антоцианов

Простой способ включить антоцианы в меню — фруктовый коктейль, состоящий из замороженных или свежие ягод, гранатового сока и сухого концентрата антоцианов. Подобные добавки можно приобрести в магазинах здорового питания. Следующий рецепт сделает завтрак вкуснее и полезнее.

  • 100 гр. замороженных ягод по вкусу и желанию
  • ½ спелого банана
  • 100 гр. простого йогурта
  • 50 мл. гранатового сока
  • 1 чайная ложка концентрированного порошка антоцианов
  • 1 чайная ложка меда, по желанию
  • 1 ложка протеинового порошка по желанию

Поместите ингредиенты в блендер, кроме протеинового порошка, и смешайте на высокой скорости до получения однородной массы. Добавьте протеиновый порошок и перемешайте на медленной скорости до тех пор, пока порошок не растворится.
Нет сомнений в том, что фиолетовые плоды, это источник антиоксидантов. Но не стоит забывать, что оптимальную пользу принесет «радуга» разных цветов фруктов и овощей.

Если вам понравилась статья, поставьте лайк. Просто поделитесь с друзьями в соц.сетях. Это поможет нам улучшать сайт. Спасибо!

Источник

Что такое фотосинтез и почему он так важен для нашей планеты

Фотосинтез — один из самых важных биологических процессов на Земле. Благодаря фотосинтезу живые организмы получают кислород, необходимый для дыхания, а сами растения создают полезные органические вещества для своей жизнедеятельности. В этой статье мы поговорим о том, что обозначает фотосинтез, как он происходит и что образуется в процессе фотосинтеза.

Что такое фотосинтез

Фотосинтез — процесс, при котором в клетках, содержащих хлорофилл, под действием энергии света образуются органические вещества из неорганических. При фотосинтезе растение поглощает углекислый газ и воду, синтезирует органические вещества и выделяет кислород, как побочный продукт фотосинтеза.

Процессы фотосинтеза идут в тканях, содержащих хлоропласты, — преимущественно, в листе, на который приходится большая часть процессов фотосинтеза. Такая ткань называется хлоренхима, или мезофилл.

Строение хлоропластов

Чтобы понять, что происходит в растении при фотосинтезе, изучим подробнее хлоропласты. Хлоропласты — это особые пластиды растительных клеток, в которых происходит фотосинтез. Основные элементы структурной организации хлоропластов высших растений представлены на рис.1.

Хлоропласт — это двумембранный органоид. Внешняя мембрана проницаема для большинства органических и неорганических соединений. Она содержит специальные транспортные белки, благодаря которым нужные для работы хлоропласта пептиды и другие вещества попадают в него из цитоплазмы. Внутренняя мембрана обладает избирательной проницаемостью и способна контролировать, какие именно вещества попадут во внутреннее пространство хлоропласта.

Для хлоропластов характерна сложная система внутренних мембран, позволяющая пространственно организовать фотосинтетический аппарат, упорядочить и разделить реакции фотосинтеза, несовместимые между собой, и их продукты. Мембраны образуют тилакоиды, которые, в свою очередь, собираются в «стопки» — граны. Пространство внутри тилакоидов называется внутритилакоидным пространством, или люменом.

Внутреннее пространство хлоропласта между гранами заполняет строма — гидрофильный слабоструктурированный матрикс. В строме содержатся необходимые для реакций синтеза сахаров ферменты, а также рибосомы, кольцевая молекула ДНК, крахмальные зёрна.

Пигменты хлоропластов

Что происходит во время фотосинтеза? На молекулярном уровне фотосинтез обеспечивают особые вещества — пигменты, благодаря которым энергия солнечного света становится доступной для биологических систем. У фотосинтезирующих организмов можно выделить три основные группы пигментов:

  • Хлорофиллы:
  • хлорофилл а — у большинства фотосинтезирующих организмов,
  • хлорофилл b — у высших растений и зелёных водорослей,
  • хлорофилл c — у бурых водорослей,
  • хлорофилл d — у некоторых красных водорослей.
  • Каротиноиды:
  • каротины — у всех фотосинтезирующих организмов, кроме прокариот;
  • ксантофиллы — у всех фотосинтезирующих организмов, кроме прокариот
  • Фикобилины — красные и синие пигменты красных водорослей.

В хлоропластах пигменты ассоциированы с белками с помощью ионных, водородных и других типов связей. Не стоит забывать, что у растений есть множество других пигментов, находящихся не в хлоропластах и не принимающих участие в фотосинтезе — например, антоцианы.

Хлорофилл

Хлорофиллы выполняют функции поглощения, преобразования и транспорта энергии света. Лучше всего хлорофиллы поглощают свет в синей (430—460 нм) и красной (650—700 нм) областях спектра. Зелёную область спектра хлорофиллы эффективно отражают, что придаёт растению зелёный цвет.

Интересно, что строение молекулы хлорофилла схоже со строением гемоглобина, но центром молекулы хлорофилла является ион магния, а не железа.

Основными хлорофиллами высших растений являются хлорофилл a и хлорофилл b, они входят в состав реакционных центров фотосистем и светособирающих комплексов мембран тилакоидов хлоропластов. Светособирающие комплексы улавливают кванты света и передают энергию к фотосистемам I и II. Фотосистемы — это пигмент-белковые комплексы, играющие ключевую роль в световой фазе фотосинтеза.

Каротиноиды

Каротиноиды — это жёлтые, оранжевые или красные пигменты. В зелёных листьях каротиноиды обычно незаметны из-за наличия в листьях хлорофилла. При разрушении хлорофилла осенью именно каротиноиды придают листьям характерную жёлто-оранжевую окраску.

  • Антенная — входят в состав светособирающих комплексов, улавливают энергию света и передают её на хлорофиллы. Каротиноиды играют роль дополнительных светособирающих пигментов в той части солнечного спектра (450—570 нм), где хлорофиллы малоэффективны. Особенно это важно для водных экосистем, в которых волны оптимальной для хлорофиллов длины быстро исчезают с глубиной.
  • Защитная функция (антиоксидантная) — обезвреживание агрессивных кислородных соединений (активных форм кислорода) и избытка хлорофилла в возбуждённом состоянии при слишком ярком освещении.

Каротиноиды химически представляют собой 40-углеродную цепь с двумя углеродными кольцами по краям цепи. В строении ксантофиллов, в отличие от каротинов, присутствуют спиртовые, эфирные или альдегидные группы.

Учите биологию вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»! По промокоду BIO72020 вы получите бесплатный доступ к курсу биологии 7 класса, в котором изучается тема фотосинтеза.

Что происходит в процессе фотосинтеза

Как уже было сказано ранее, в ходе фотосинтеза в хлоропластах под действием солнечного света образуются органические вещества.

Процесс фотосинтеза можно разделить на две фазы:

В ходе световой фазы фотосинтеза образуется энергия в виде АТФ и универсальный донор атома водорода — восстановитель НАДФН (НАДФ·Н2). Эти вещества необходимы для протекания темновой фазы. Также образуется побочный продукт — кислород. Световая фаза может проходить только на мембранах тилакоидов и на свету.

Благодаря сложному биохимическому процессу — циклу Кальвина — в темновую фазу фотосинтеза образуются органические вещества (сахара). Темновая фаза проходит в строме хлоропластов и на свету, и в темноте. Темновые ферментативные процессы протекают медленнее, чем световые, поэтому при очень ярком освещении скорость протекания фотосинтеза будет полностью определяться скоростью темновой фазы. Схемы процессов фотосинтеза представлены на рис.2. Подробное описание процессов смотри далее.

Этапы фотосинтеза

Световая фаза фотосинтеза

Чтобы лучше понять, что происходит во время фотосинтеза, разберём фазы фотосинтеза. Световая фаза фотосинтеза включает в себя фотохимические и фотофизические процессы, и может быть поделена на три этапа:

  1. Фаза поглощения — энергия света улавливается при помощи светособирающих комплексов, переходит в энергию электронного возбуждения пигментов, передаётся в реакционный центр фотосистем I и II.
  2. Фаза реакционных центров — энергия электронного возбуждения пигментов светособирающих комплексов используется для активации реакционных центров фотосистем. В реакционном центре электрон от возбуждённого хлорофилла передаётся другим компонентам электрон-транспортной цепи, пигмент после отдачи электрона переходит в окисленное состояние и становится способным, в свою очередь, отнимать электроны у других веществ. Именно в этом процессе происходит преобразование физической формы энергии в химическую.
  3. Фаза электрон-транспортной цепи — электроны переносятся по цепи переносчиков, образуются АТФ, НАДФН, O2. Необходимо, чтобы каждый переносчик электрон-транспортной цепи поочерёдно восстанавливался и окислялся, обеспечивая таким образом перенос энергии электронов. Любой этап переноса электрона сопровождается высвобождением или поглощением энергии. Часть энергии теряется. На некоторых участках электрон-транспортной цепи перенос электрона сопряжён с переносом протона.

Для того чтобы понять, что происходит во время фазы фотосинтеза, рассмотрим эти процессы подробнее. Кванты света улавливаются светособирающими комплексами фотосистемы I — молекула хлорофилла в составе светособирающего комплекса переходит в возбуждённое состояние, и энергия передаётся в реакционный центр фотосистемы I. Происходит возбуждение молекул хлорофилла фотосистемы I, отщепляется электрон. Пройдя по цепочке внутренних компонентов фотосистемы I и внешних переносчиков, электрон в конце концов попадает к НАДФ+ — образуется восстановитель НАДФН. Получается, что хлорофилл фотосистемы I отдал электрон и приобрёл положительный заряд, и для дальнейшего функционирования необходимо восстановить нейтральность молекулы, получить электрон, чтобы закрыть «дырку». Этот электрон приходит от фотосистемы II.

На светособирающие комплексы фотосистемы II попадают кванты света — происходит возбуждение молекулы хлорофилла фотосистемы II, молекула хлорофилла отдаёт электрон и переходит в окисленное состояние. Нехватку электрона хлорофилл восполняет благодаря фотолизу воды, при этом образуется протоны H+, а также важный побочный продукт фотосинтеза — кислород. По цепи переносчиков электрон от хлорофилла фотосистемы II попадает к хлорофиллу реакционного центра фотосистемы I и восстанавливает его. Теперь этот хлорофилл может снова поглощать энергию кванта света и отдавать электрон в электрон-транспортную цепь.

Протоны, попадающие во внутритилакоидное пространство, используются для синтеза АТФ. С помощью фермента АТФ-синтазы за счёт градиента протонов образуется АТФ из АДФ и фосфата. Под градиентом понимают неравномерное распределение: во внутритилакоидном пространстве H+ больше, в строме — меньше. Поэтому частицы стремятся проникнуть в строму, переходят в неё через АТФ-синтазу, а в процессе пути сквозь белковый комплекс отдают ему часть энергии, которая и используется для синтеза АТФ.

Темновая фаза фотосинтеза

Что образуется при фотосинтезе в темновую фазу? В строме хлоропластов с помощью энергии АТФ и восстановителя НАДФН, полученных в световую фазу, образуются простые сахара, из которых в ходе других процессов образуется крахмал. Ферментативные процессы не нуждаются в наличии света. Важнейший процесс, происходящий в темновую фазу фотосинтеза, — фиксация углекислого газа воздуха. Синтез и превращения сахаров в хлоропластах имеют циклический характер и носят название цикл Кальвина.

В нём можно выделить три этапа:

  1. Фаза карбоксилирования (введение CO2 в цикл).
  2. Фаза восстановления (используются АТФ и НАДФН, полученные в световую фазу).
  3. Фаза регенерации (превращения сахаров).

В строме хлоропластов находится производное простого пятиуглеродного сахара рибозы. С помощью особого фермента (Рубиско) к производному рибозы присоединяется CO2 (реакция карбоксилирования) — образуется неустойчивое шестиуглеродное соединение, которое быстро распадается на две трехуглеродные молекулы. Дальше, с затратой АТФ и НАДФН, полученных в ходе световых процессов, трехуглеродное соединение модифицируется — образуется восстановленное соединение с атомом фосфора и альдегидной группой в составе. Теперь перед клеткой стоит проблема: необходимо получить шестиуглеродное соединение — глюкозу для синтеза крахмала, а также пятиуглеродное — производное рибозы для того, чтобы эти процессы могли начаться заново. Для решения этих проблем в фазу регенерации из полученных ранее трехуглеродных соединений под действием ферментов образуются четырёх-, пяти-, шести- и семиуглеродные сахара. Из шестиуглеродной молекулы образуется глюкоза, из которой синтезируется крахмал. Из пятиуглеродной молекулы образуется производное рибозы и цикл замыкается. Остальные сахара также используются клеткой в других биохимических процессах.

Отдельно стоит сказать про крайне важный фермент первой фазы цикла Кальвина — рибулозо-1,5-дифосфаткарбоксилазу (Рубиско). Это сложный фермент, состоящий из 16 субъединиц, с молекулярной массой в 8 раз больше, чем у гемоглобина. Является одним из важнейших ферментов в природе, поскольку играет центральную роль в основном механизме поступления неорганического углерода (из CO2) в биологический круговорот. Содержание Рубиско в листьях растений очень велико, он считается самым распространённым ферментом на Земле.

Темновая фаза фотосинтеза

Значение фотосинтеза

В процессе фотосинтеза энергия света заключается в энергию химических связей органических веществ. Поэтому фотосинтез служит первичным источником почти всей энергии, используемой живыми организмами в процессе жизнедеятельности. Практически все живые организмы, за исключением хемосинтетиков, так или иначе пользуются теми продуктами, что выделяются при фотосинтезе.

За счёт фотосинтеза сформировалась и поддерживается пригодная для дыхания атмосфера с высоким содержанием кислорода.

Фиксация углекислого газа в ходе фотосинтеза служит главным местом входа неорганического углерода в биогеохимический цикл. Также ассимиляция CO2 препятствует перегреву Земли, предотвращая парниковый эффект.

Заключение

Каждый год на нашей планете благодаря фотосинтезу производится около 200 миллиардов тонн кислорода, из которого образуется озоновый слой, защищающий от ультрафиолетовой радиации. Фотосинтез помогает поддерживать состав атмосферы и препятствует увеличению количества углекислого газа. Без растений и кислорода, который они выделяют в процессе фотосинтеза, жизнь на нашей планете была бы просто невозможна.

Источник



Основные пигменты растений: описание и их роль

Ученым известно, какие существуют пигменты растений – зеленые и фиолетовые, желтые и красные. Растительными пигментами назвали органические молекулы, которые есть в тканях, клетках растительного организма – именно благодаря таким включениям они приобретают окраску. В природе чаще прочих встречается хлорофилл, присутствующий в теле всякого высшего растения. Оранжевый, красноватый тон, желтоватые оттенки обеспечены каротиноидами.

А если подробнее?

Пигменты растений находятся в хромо-, хлоропластах. Всего современная наука знает несколько сотен разновидностей соединений этого типа. Внушительный процент всех обнаруженных молекул необходим для фотосинтеза. Как показали испытания, пигменты – это источники ретинола. Розовый и красный оттенки, вариации бурого и голубоватые колеры обеспечены наличием антоцианов. Такие пигменты наблюдаются в растительном клеточном соке. Когда в период похолодания дни становятся короче, пигменты вступают в реакции с иными соединениями, присутствующими в теле растения, отчего меняется окраска прежде зеленых частей. Листва деревьев становится яркой и красочной – той самой осенней, к которой мы привыкли.

пигменты растений хлорофилл

Самый известный

Пожалуй, практически любой школьник средней школы знает про хлорофилл – пигмент растений, необходимый для фотосинтеза. За счет этого соединения представитель растительного мира может поглощать свет солнца. Впрочем, на нашей планете не только растения не могут существовать без хлорофилла. Как показали дальнейшие исследования, это соединение совершенно незаменимо для человечества, так как обеспечивает естественную защиту от раковых процессов. Доказали, что пигмент угнетает канцерогены и гарантирует ДНК защиту от мутаций под влиянием отравляющих соединений.

Хлорофилл – зеленый пигмент растений, химически представляющий собой молекулу. Она локализована в хлоропластах. Именно за счет такой молекулы эти участки окрашены в зеленый. По своей структуре молекула – порфириновое кольцо. За счет этой специфики пигмент напоминает гем, являющийся структурным элементом гемоглобина. Ключевое отличие в центральном атоме: у гема его место занимает железо, для хлорофилла самым значимым является магний. Впервые ученые выявили этот факт в 1930 году. Событие произошло спустя 15 лет после открытия вещества Вильштаттером.

Химия и биология

Сперва ученые установили, что пигмент зеленого цвета в растениях бывает двух разновидностей, которым дали наименования по двум первым буквам латинского алфавита. Разница между разновидностями хоть и невелика, но все же есть, и наиболее ощутима при анализе боковых цепей. Для первой разновидности их роль играет СН3, для второго типа – СНО. Обе формы хлорофилла принадлежат к классу активных фоторецепторов. За их счет растение может поглощать энергетическую составляющую солнечного излучения. Впоследствии выявили еще три типа хлорофилла.

В науке зеленый пигмент растений называется хлорофиллом. Исследуя отличия двух основных разновидностей этой молекулы, присущей высшей растительности, выявили, что длина волн, которые могут поглощаться посредством пигмента, несколько отлична для типов А и В. Фактически, как считают ученые, разновидности эффективно дополняют друг друга, тем самым обеспечивая растению способность максимально качественно поглощать необходимые объемы энергии. В норме обычно первый тип хлорофилла наблюдается во втрое большей концентрации, нежели второй. Суммарно они формируют зеленый растительный пигмент. Три прочих типа нашли только у древних форм растительности.

пигменты высших растений

Особенности молекул

Изучая строение пигментов растений, выявили, что обе разновидности хлорофилла – это молекулы, растворимые жиром. Синтетические разновидности, созданные в лабораториях, растворяются водой, но их всасывание в организме возможно только при наличии жирных соединений. Растениями пигмент используется для получения энергии, обеспечивающей рост. В рационе людей он применяется с целью оздоровления.

Хлорофилл, как и гемоглобин, может нормально функционировать и производить углеводы, если соединен с протеиновыми цепочками. Визуально белок кажется образованием без четкой системы и структуры, но таковая на самом деле правильная, и именно поэтому хлорофилл может стабильно сохранять оптимальное положение.

Особенности активности

Ученые, изучая этот основной пигмент высших растений, обнаружили, что он есть во всякой зелени: в список включены овощи, водоросли, бактерии. Хлорофилл – полностью натуральное соединение. По природе оно обладает качествами протектора и предупреждает трансформацию, мутацию ДНК под влиянием отравляющих соединений. Были организованы специальные исследовательские работы в индийском ботаническом саду при НИИ. Как удалось обнаружить ученым, полученный из свежей зелени хлорофилл может уберечь от отравляющих соединений, патологических бактерий, а также успокаивает активность очагов воспаления.

Хлорофилл недолговечен. Эти молекулы очень хрупкие. Солнечные лучи ведут к гибели пигмента, но зеленый лист в силах генерировать новые и новые молекулы, замещающие отслуживших свое товарищей. В осенний сезон хлорофилл более не вырабатывается, поэтому листва теряет свой цвет. На первый план выходят другие пигменты, до этого скрытые от глаз внешнего наблюдателя.

фотосинтетические пигменты высших растений

Разнообразию нет предела

Разнообразие растительных пигментов, известных современным исследователям, исключительно велико. Из года в год ученые обнаруживают все новые молекулы. Сравнительно недавно проведенные исследования позволили добавить к двум упомянутым выше разновидностям хлорофилла еще три типа: С, С1, Е. Впрочем, самым главным по-прежнему считается тип А. А вот каротиноиды еще более разнообразны. Этот класс пигментов науке известен неплохо – именно за их счет приобретают оттенки корнеплоды моркови, многие овощи, плоды цитрусовых деревья и иные дары растительного мира. Как показали дополнительные испытания, канарейки имеют перья, окрашенные в желтый, именно благодаря каротиноидам. Они же дают цвет яичному желтку. За счет обилия каротиноидов азиатские жители обладают своеобразным оттенком кожи.

Ни человек, ни представители животного мира не располагают такими особенностями биохимии, которые бы позволяли вырабатывать каротиноиды. Эти вещества появляются на базе витамина А. Это доказывают наблюдения, посвященные пигментам растений: если курица с продуктами питания не получала растительность, желтки яиц будут очень слабого оттенка. Если канарейка получала большое количество пищи, обогащенной красными каротиноидами, ее перья приобретут яркий оттенок красного.

Любопытные особенности: каротиноиды

Желтый пигмент растений называется каротином. Ученые установили, что красный оттенок обеспечивают ксантофиллы. Число известных научному сообществу представителей этих двух типов постоянно увеличивается. В 1947 году ученые знали около семи десятков каротиноидов, а к 1970 их насчитывалось уже более двух сотен. В некоторой степени это сродни прогрессу знаний в сфере физики: сперва знали об атомах, затем – электронах и протонах, а впоследствии выявили еще более мелкие частицы, для обозначения которых используют лишь литеры. Можно ли говорить об элементарных частицах? Как показали испытания физиков, пока использовать такой термин рано – наука еще не развита в той степени, чтобы удалось их найти, если такие есть. Сходная ситуация сложилась с пигментами – из года в год открывают все новые виды и типы, а биологи лишь удивляются, не в силах объяснить многоликую природу.

хлорофилл зеленый пигмент растений

О функциях

Ученые, занимающиеся пигментами высших растений, пока не могут объяснить, для чего и почему природа предусмотрела столь большое разнообразие пигментных молекул. Выявлена функциональность некоторых отдельных разновидностей. Доказали, что каротин необходим для обеспечения сохранности хлорофилловых молекул от окисления. Механизм защиты обусловлен особенностями синглетного кислорода, формирующегося при реакции фотосинтеза в качестве дополнительного продукта. Это соединение отличается повышенной агрессивностью.

Еще одна особенность желтого пигмента в клетках растения – его способность увеличивать интервал длины волны, необходимой для процесса фотосинтеза. В настоящий момент такая функция не доказана точно, но проведено немало исследований, позволяющих предположить, что окончательное доказательство гипотезы «не за горами». Лучи, которые зеленый растительный пигмент не может усвоить, поглощаются желтыми пигментными молекулами. Затем энергия направляется хлорофиллу для дальнейшей трансформации.

Пигменты: такие разные

Кроме некоторых разновидностей каротиноидов, желтый цвет имеют пигменты, названные ауронами, халконами. Их химическое строение во многом напоминает флавоны. Такие пигменты в природе встречаются не слишком часто. Их нашли в листочках, соцветиях кислицы и львиного зева, ими обеспечивается окраска кореопсиса. Такие пигменты не переносят табачного дыма. Если окурить растение сигаретой, оно сразу покраснеет. Биологический синтез, протекающий в клетках растений с участием халконов, приводит к генерированию флавонолов, флавонов, ауронов.

И у животных, и у растений есть меланин. Этот пигмент обеспечивает коричневый оттенок волос, именно благодаря ему локоны могут стать черными. Если клетки не содержат меланина, представители животного мира становятся альбиносами. У растений пигмент обнаружен в кожуре красного винограда и у некоторых соцветий в лепестках.

фотосинтетические пигменты растений

Голубые и не только

Голубой оттенок растительность получает благодаря фитохрому. Это протеиновый растительный пигмент, ответственный за контроль цветения. Он регулирует прорастание семечка. Известно, что фитохром может ускорить цветение некоторых представителей растительного мира, у других происходит противоположный процесс замедления. В некоторой степени его можно сравнить с часами, но биологическими. В настоящий момент ученые пока не знают всю специфику механизма действия пигмента. Обнаружили, что строение этой молекулы корректируется временем суток и освещенностью, передавая информацию об уровне света в среде растению.

Синий пигмент в растениях – антоциан. Впрочем, есть несколько разновидностей. Антоцианы не только дают синюю окраску, но и розовую, ими же объясняются красный и сиреневый цвета, иногда – темный, насыщенный фиолетовый. Активная генерация антоцианов в растительных клетках наблюдается, когда понижается температура окружающего пространства, останавливается генерирование хлорофилла. Окраска листвы меняется с зеленой на красную, рыжую, синюю. Благодаря антоциану розы и маки имеют яркие алые цветы. Этот же пигмент объясняет оттенки соцветий герани и васильков. Благодаря голубой разновидности антоциана колокольчики имеют свой нежный цвет. Определенные разновидности этого типа пигментов наблюдаются в винограде, краснокочанной капусте. Антоцианы обеспечивают окрашивание терна, сливы.

Яркие и темные

Известен желтый пигмент, который ученые назвали антохлором. Его обнаружили в кожице лепестков первоцвета. Антохлор найден в примулах, соцветиях баранчика. Им богаты маки желтых сортов и георгины. Этот пигмент дает приятный цвет соцветиям льнянки, лимонным плодам. Он выявлен в некоторых других растениях.

Сравнительно редко в природе встречается антофеин. Это темный пигмент. Благодаря ему появляются специфические пятнышки на венчике некоторых бобовых культур.

Все яркие пигменты задуманы природой для специфической окраски представителей растительного мира. Благодаря такой расцветке растение привлекает птиц, животных. Тем самым обеспечивается распространение семян.

пигменты растений

О клетках и строении

Пытаясь определить, насколько сильно зависит окраска растений от пигментов, как эти молекулы устроены, зачем необходим весь процесс пигментации, ученые обнаружили, что в организме растений присутствуют пластиды. Так назвали небольшие тельца, которые могут иметь окраску, но бывают также бесцветными. Такие тельца есть только и исключительно у представителей растительного мира. Все пластиды разделили на хлоропласты, имеющие зеленый оттенок, хромопласты, окрашенные в разные вариации красного спектра (включая желтый и переходные оттенки), и лейкопласты. Последним не присущи какие-либо оттенки.

В норме растительная клетка содержит одну разновидность пластидов. Эксперименты показали способность этих телец трансформироваться из типа в тип. Хлоропласты обнаружены у всех растительных органов, окрашенных в зеленый. Лейкопласты чаще наблюдаются в частях, скрытых от прямых лучей солнца. Их много в корневищах, они обнаружены в клубнях, ситовидных частицах некоторых типов растений. Хромопласты типичны для лепестков, поспевших плодов. Тилакоидные мембраны обогащены хлорофиллом и каротиноидами. Лейкопласты не содержат пигментных молекул, но могут быть локацией процессов синтеза, скапливания питательных соединений – протеинов, крахмала, изредка жиров.

Реакции и трансформации

Изучая фотосинтетические пигменты высших растений, ученые выявили, что хромопласты окрашены в рыжий, красный благодаря присутствию каротиноидов. Принято думать, хромопласты – заключительный шаг развития пластидов. Вероятно, они появляются при трансформации лейко-, хлоропластов, когда те стареют. Во многом наличие таких молекул определяет цвет листвы по осени, а также яркие, радующие глаз цветы, плоды. Каротиноиды продуцируются водорослями, растительным планктоном, растениями. Их могут генерировать некоторые бактерии, грибы. Каротиноиды ответственны за окраску живых представителей растительного мира. Некоторые животные располагают системами биохимии, за счет которой каротиноиды трансформируются в иные молекулы. Исходное сырье для такой реакции получают с пищей.

Как показали наблюдения за розовыми фламинго, эти птицы собирают и фильтруют спирулину и некоторые другие водоросли для получения желтого пигмента, откуда затем появляются кантаксантин, астаксантин. Именно эти молекулы дают птичьему оперению такой красивый цвет. Многие рыбы и птицы, раки и насекомые имеют яркий цвет благодаря каротиноидам, которые получают с питанием. Бета-каротин трансформируется в некоторые витамины, которые используются на пользу человека – они защищают глаза от влияния ультрафиолета.

пигменты листа растения

Красный и зеленый

Говоря о фотосинтетических пигментах высших растений, следует отметить, что такие могут поглощать кванты световых волн. Отмечается, что это относится лишь к части спектра, видимой для человеческого глаза, то есть для длины волны в границах 400-700 нм. Растительные частицы могут поглощать лишь кванты, располагающие достаточным энергетическим запасом для реакции фотосинтеза. Ответственность за поглощение возложена исключительно на пигменты. Учеными исследованы древнейшие формы жизни растительного мира – бактерии, водоросли. Установлено, что в них есть разные соединения, которые могут акцептировать свет видимого спектра. Некоторые разновидности могут принимать световые волны излучения, не воспринимаемого человеческим глазом – из блока, ближнего к инфракрасному. Кроме хлорофиллов такая функциональность природой возложена на бактериородопсин, бактериохлорофиллы. Исследования показали важность для реакций синтеза фикобилинов, каротиноидов.

Разнообразие фотосинтетических пигментов растений отличается от группы к группе. Многое определяется условиями, в которых форма жизни обитает. У представителей высшего растительного мира разнообразие пигментов меньше, нежели у эволюционно древних разновидностей.

О чем идет речь?

Изучая фотосинтетические пигменты растений, обнаружили, что у высших растительных форм есть лишь две разновидности хлорофилла (упомянутые ранее А, В). Оба этих типа – порфирины, в которые есть атом магния. Преимущественно они входят в светособирающие комплексы, которые поглощают энергию света и направляют ее реакционным центрам. В центрах содержится сравнительно малый процент общего имеющегося у растения хлорофилла первого типа. Здесь протекают первичные взаимодействия, характерные фотосинтезу. Хлорофиллы сопровождаются каротиноидами: их, как выяснили ученые, обычно наблюдается пять разновидностей, не более. Эти элементы также собирают свет.

Будучи растворенными, хлорофиллы, каротиноиды – пигменты растений, имеющие узкие полосы светопоглощения, отстоящие друг от друга довольно значительно. Хлорофиллам присуща способность максимально эффективно поглощать синие волны, они могут работать с красными, но очень слабо улавливают зеленый свет. Расширение спектра и перекрытие обеспечивается хлоропластами, выделяемыми из листьев растения без особенного труда. Мембраны хлоропластов отличаются от растворов, поскольку красящие компоненты соединены с протеинами, жирами, вступают в реакции друг с другом, а энергия мигрирует между сборниками и центрами накопления. Если рассматривать спектр светопоглощения листа, он окажется еще более сложным, сглаженным, нежели отдельного хлоропласта.

Отражение и поглощение

Изучая пигменты листа растения, ученые установили, что некоторый процент попадающего на листок света отражается. Такое явление разделили на две разновидности: зеркальную, диффузную. Про первую говорят, если поверхность блестит, гладкая. Отражение листа преимущественно формируется вторым типом. Свет просачивается в толщу, рассеивается, меняет направление, поскольку и во внешнем слое, и внутри листа есть разделяющие поверхности с разными показателями преломления. Аналогичные эффекты наблюдаются, когда свет проходит сквозь клетки. Сильного поглощения нет, оптический путь намного больше толщины листа, измеренной геометрически, и листок способен поглотить больше света, нежели пигмент, выделенный из него. Листья поглощают намного больше энергии и в сравнении с отдельно исследуемыми хлоропластами.

Поскольку есть разные пигменты растений – красные, зеленые и прочие – соответственно, явление поглощения неравномерное. Лист способен воспринимать свет разной длины волны, но эффективность процесса отлична. Наиболее высокая поглощающая способность зеленой листве присуща относительно фиолетового блока спектра, красного, синего и голубого. Сила поглощения практически не определяется тем, насколько концентрированы хлорофиллы. Это связано с тем, что среде присуща высокая рассеивающая способность. Если пигменты наблюдается в высокой концентрации, поглощение происходит вблизи поверхности.

Источник

Красные пигменты – помощники и защитники фотосистем высших растений

В статье собраны сведения об исследованиях некоторых функций каротиноидов высших растений. Приводятся результаты лабораторных экспериментов по изучению физических и химических свойств этих пигментов, связанных с фотосистемами хлоропластов высших растений. Рассмотрено участие каротиноидов в адаптации растений в естественных условиях произрастания.

Набрав в поисковике слово «каротиноиды», увидим наборы фруктов, овощей и прочей вкусной и яркой растительной продукции, желто-красную окраску которых обеспечивают определенные пигменты растений – каротиноиды (заглавная иллюстрация). Каковы функции этих пигментов в данных продуктах, из обсуждаемой статьи мы не узнаем*, поскольку она посвящена роли каротиноидов в зеленых листьях. Известно, что в энергетических станциях растений – хлоропластах – происходит преобразование энергии света в энергию химических связей, последняя используется организмами для построения своего тела и прочей жизнедеятельности. Зеленый цвет листьев обеспечивается основным пигментом фотосинтеза – хлорофиллом, однако в хлоропластах содержатся и другие пигменты – каротиноиды, присутствие которых мы можем наблюдать невооруженным глазом в листьях осенью, когда зеленый хлорофилл разрушается.

Каротиноиды – углеводородные соединения, содержащие углеродный «хвост» с чередующейся двойной связью (производный изопрена, т.н. хромофор) (рис. 1). Именно хромофор, оправдывая свое название, и определяет спектр поглощения, т.е. цвет пигмента – от желтого до красного. Чем больше в «хвосте» сопряженных двойных связей, тем интенсивнее окрашен пигмент. Авторы пишут, что к настоящему моменту известно «600 структурно различающихся каротиноидов, роль которых продолжает активно изучаться (Карнаухов, 1988)», хотя меня (КП) это несколько смутило, ведь в недавней работе Yabuzaki J. 2017 года говорится о 1117 природных каротиноидах. Тем не менее имеется два класса каротиноидов: каротины и их производные, содержащие в формуле кислород, – ксантофиллы (см. рис. 1). Энзиматическое (т.е. обеспечивающееся специальным ферментом) окисление атмосферным кислородом определенных каротинов приводит к образованию трех форм кислородосодержащих групп в соответствующих ксантофиллах: гидроксигрупп (–ОН), либо оксогрупп (=O), либо эпоксигрупп (–O–) между углеродными атомами иононовых колец.

В статье разобраны представления о роли каротиноидов в работе фотосинтетического аппарата хлоропластов: участие каротиноидов в организации структуры фотосистем; участие каротиноидов в поглощении световой энергии; фотозащитная функция; виолаксантиновый цикл превращения ксантофиллов.

Фотосистема высших растений представляет собой белково-пигментный комплекс, встроенный в мембрану тилакоида хлоропласта (рис. 2). Каротины принимают участие в функционировании реакционного центра (РЦ) фотосистемы, а ксантофиллы находятся в структурах светособирающих комплексов (СКК). Белки СКК, кодируемые ядерным геномом, имеют несколько определенных мест связывания с разными ксантофиллами (лютеином, виолаксантином и неоксантином). Наименее прочная связь белков СКК наблюдается с виолаксантином, что, по-видимому, определяется участием последнего в виолаксантиновом цикле (ВЦ) (см. ниже). Ксантофиллы оказывают влияние на физико-химические характеристики мембран тилакоидов: пронизывая мембранный бислой как жесткие стержнеподобные молекулы, они обеспечивают структурную стабильность мембраны, а также влияют на температурные фазовые переходы мембран, молекулярную динамику, проницаемость и градиент полярности. Ксантофиллы, встроенные в мембраны, являются дополнительными пигментами – они, как антенны, собирают и передают световую энергию «своего» диапазона на хлорофиллы РЦ фотосистемы. Интересно, что ксантофиллы могут также и принимать энергию от «энергетически возбужденного» хлорофилла в том случае, когда РЦ закрыт и не может задействовать эту энергию по назначению. Полученную «лишнюю» энергию ксантофиллы рассеивают в виде теплового излучения. Сходный механизм взаимодействия каротиноидов с активными формами кислорода «тушит» их «лишнюю» энергию. Таким образом ксантофиллы выполняют фотопротекторную и антиоксидантную функции.

Заметным механизмом защиты фотосистемы от разрушительного действия избыточной энергии и активных форм кислорода являются циклы взаимопревращения ксантофиллов. Один из таких циклов – виолаксантиновый – разобран в обсуждаемой статье. В общих чертах работа ВЦ представляет собой катализируемые разными ферментами (по сути антагонистами) реакции взаимопревращения виолаксантина и зеаксантина. При избытке энергии повышается кислотность среды люмена, что активизирует фермент (деэпоксидаза), находящийся в мембране со стороны люмена. В ходе реакции деэпоксидации виолаксантин лишается пары молекул кислорода и превращается в зеаксантин. Это превращение сопровождается выделением тепловой энергии, которая рассеивается. Обратная реакция запасания (сбора) энергии происходит при эпоксидации (присоединении молекул кислорода к зеаксантину) и обеспечивается эпоксидазой. Этот фермент локализуется на стромальной стороне мембраны тилакоида и активизируется при повышении pH (т.е. при слабой освещенности).

Интересные результаты получили отечественные ученые при исследовании экологических адаптаций растений. Авторы пишут, что «в работах, выполненных на видах флоры арктических территорий (о. Щпицберген, о. Врангель) и таежной зоны Респ. Коми, показано, что различия в содержании и соотношении хлорофиллов и каротиноидов определяются жизненной формой, широтным ареалом и эколого-ценотическими условиями (Dymova et al., 2014; Марковская, Шмакова, 2017)». Например, наиболее высокое содержание каротиноидов обнаружено у высокогорных растений Памира, у растений пустынь – Кара-Кум и Гоби, что связано с высокой степенью инсоляции. Растения-эфемероиды в условиях низкой температуры и высокой освещенности проявляют большую активность ВЦ, чем растения, вегетирующие в летний сезон. Показано также, что растения светолюбивые, отличаются большой (до 80%) активностью реакций деэпоксидации (т.е. фотосистема активно избавляется от излишней энергии), а тенелюбивые – низкой. Более того, есть данные, что состав каротиноидов растения может меняться в разные сезоны года. В зимний сезон, например, у хвойных повышается доля каротиноидов, устойчивых к низким температурам, что позволяет растению защищать фотосистемы в условиях низкой интенсивности фотосинтеза, но высокой освещенности.

* На данный момент можно выделить более 20 функций каротиноидов в живых организмах. Для общего представления о биологической роли каротиноидов можно ознакомиться с базой данных (http://carotenoiddb.jp carotenoiddb.jp) по биологическим функциям, структуре каротиноидов и соответствующим публикациям.

Популярное резюме от авторов статьи

Маслова Т.Г., Марковская Е.Ф.

Жизнь на Земле зависит от фотосинтеза – превращения световой энергии в энергию химических связей, синтеза органического вещества и образования кислорода, в которых участвуют хлорофиллы и каротиноиды. Известно более 800 видов каротиноидов, роль которых продолжает активно изучаться. В совокупности все прокариотные и эукариотные организмы синтезируют ежегодно более 110 млн тонн желтых пигментов. Они имеют физиологически важное значение для структуры и функции клеток фотосинтезирующих организмов и являются биотехнологически ценным продуктом для человека. Каротиноиды – разнообразные 40-углеродные циклические изопреноидные пигменты оранжевого, жёлтого или красного цвета, которые в разных концентрациях присутствуют у всех фотосинтезирующих организмов. Проблема их функции в жизни фотосинтезирующих растений постоянно привлекала внимание исследователей. Русский профессор Д.И. Сапожников и американский ученый, лауреат Нобелевской премии М. Кальвин одновременно в 1951 г. опубликовали работы о возможной связи каротиноидов (как окислительно-восстановительной системы) с кислородным звеном фотосинтеза. Оказалось, что только у организмов, выделяющих кислород в процессе фотосинтеза, имеются каротиноиды в составе молекул которых есть эпоксидный кислород.

Если К.А. Тимирязев прославил на весь мир космическую роль растений при изучении хлорофилла, то повышенный интерес к роли каротиноидов в жизнедеятельности растений у многочисленных исследователей возник благодаря работам Д.И. Сапожникова с сотрудниками. В 1957 г. им был открыт «виолаксантиновый цикл» и высказана первая смелая гипотеза об участии этого циклического процесса в выделении кислорода, в фотолизе воды. Это открытие положило начало развитию нового направления в биологии растений – изучению роли эпоксиксантофиллов в фотосинтезе.

Цианобактерии, первые фотосинтетики, начали активно выделять молекулярный кислород при фотолизе воды, который оказался не только побочным продуктом этой реакции, но сильным окислителем и мощным средообразователем. Его накопление привело к гибели большинства анаэробов и формированию кислородной атмосферы. Выделяющийся кислород стал источником активных форм кислорода, которые могли окислять большинство органических молекул. Уже на ранних этапах эволюции для защиты от окисления появилась система антиоксидантов, среди которых ведущая роль отводится каротиноидам и, в большей степени, пигментам виолаксантинового цикла.

В настоящее время считается, что каротиноиды растений выполняют четыре основные функции, связанные с процессом фотосинтеза: фотохимическую, структурную, светособирающую и фотозащитную. В основе многофункциональной деятельности каротиноидов находятся особенности их строения. Каротиноиды входят в группу терпеноидов. По химическому строению их делят на каротины (углеводороды) и ксантофиллы (кислородсодержащие) каротиноиды. Центральным звеном каротиноидов является цепь конъюгированных двойных связей, образующих хромофор. Хромофорная группа с определенным числом сопряженных двойных связей в молекуле каротиноида обусловливает его спектр поглощения и окраску. Эти пигменты поглощают свет в области 280–550 нм, который слабо поглощают хлорофиллы и эта дополнительная энергия солнца вносит заметный вклад в космическую роль растений на планете Земля. Размеры полиевой цепи каротиноидов таковы, что они могут встраиваться в поперечную структуру мембраны и, меняя свою ориентацию, обеспечивать структурную целостность мембраны в разных условиях среды. Способность каротиноидов дезактивировать активные формы кислорода связаны с их фотозащитной функцией. Большую роль почти во всех функциях играют пигменты виолаксантинового цикла (виолаксантин, антераксантин и зеаксантин), а так же лютеин и неоксантин.

Многоплановые исследования по функциям каротиноидов, которыми в течение 30 лет руководил Д.И. Сапожников в группе по исследованию пигментов в Ботаническом Институте РАН, получили широкую известность и большой исследовательский резонанс во всех странах мира. Однако остаются некоторые проблемы, связанные с работой виолаксантинового цикла взаимопревращений каротиноидов, которые однозначно не решены. Настоящая работа посвящена как современным проблемам функций каротиноидов, так и не решенным вопросам работы виолаксантинового цикла у высших сосудистых растений.

Источник

Игра цветов, или Пигменты в нашей жизни

Вы проходите мимо цветка?
Наклонитесь,
Поглядите на чудо,
Которое видеть вы раньше нигде не могли.
Он умеет такое, что никто на земле не умеет.
Например.
Он берет крупинку мягкой черной земли.
Затем он берет дождя дождинку,
И воздуха голубой лоскуток,
И лучик, солнышком пролитой.
Все смешает потом (но где?!)
(Где пробирок, и колб, и спиртовок ряды?),
И вот из одной и той же черного цвета земли
Он то красный, то синий,
то сиреневый, то золотой!

В. Солоухин

Публикация статьи произведена при поддержке бюро переводов «Дружба Народов». В широкий спектр предложений бюро переводов «Дружба Народов» входят услуги технического, юридического, медицинского и устного перевода на 240 языков и диалектов. Профессионализм и высокая квалификация специалистов бюро переводов «Дружба Народов», обеспечивают выполнение услуг, способных удовлетворить требованиям самого взыскательного клиента. Узнать больше о предложении бюро переводов «Дружба Народов» и получить бесплатную онлайн консультацию по интересующим Вас вопросам можно на сайте http://www.druzhbanarodov.com.ua

Пигменты. Какие они бывают

Природа наградила нас необычайным даром – цветовым зрением, а вместе с ним дала возможность восхищаться красотой окружающего растительного мира. Мы с надеждой смотрим на нежную зелень весенней листвы и с грустью любуемся желто-оранжевой гаммой осеннего леса. Кто не восхищался красками цветущего луга, лесной опушки, осенней листвы, даров сада и поля? Цвет волос мы сравниваем с золотистыми колосьями хлеба, а цвет глаз – с синими васильками. Даже сами названия цветов – оранжевый, лиловый, индиго – тоже происходят от названий растений.

Но часто ли вы задавали себе вопросы: отчего зеленые листья осенью желтеют или краснеют? Почему лепестки ромашки белые, а первые весенние листочки тополя красноватые? Почему окружающие растения окрашены именно так, а не иначе, как возникает огромное богатство цветов и оттенков? Почему цветок утром розовый, а к вечеру уже синий? Почему в одном соцветии встречаются венчики цветков с различной окраской – от белой до розовой? Можно ли приготовить краску из цветков розы, василька, ноготков, чтобы холодной зимой радоваться ярким краскам лета? Как человек может применить знания о цвете растений в повседневной жизни? Можно ли цветом лечиться?

Конечно же, если растения окрашены, значит, в них есть красители – пигменты. Растительные пигменты являются предметом исследования многих научных дисциплин. Предмет физической химии – выделение пигментов из растений и определение их химического строения, биохимия исследует процессы, приводящие к образованию окрашенных веществ, физиология изучает их локализацию и миграцию в органах растений, хемотаксономия использует наличие разных пигментов для классификации растений.

Цвет определяется способностью пигмента к поглощению света. Электромагнитные волны с длиной волны 400–700 нм составляют видимую часть солнечного излучения. Волны длиной 400–424 нм – это фиолетовый цвет, 424–491 – синий, 491–550 – зеленый, 550–585 – желтый, 585–647 – оранжевый, 647–740 нм – красный. Излучение с длиной волны меньше 400 нм – ультрафиолетовая, а с длиной волны более 740 нм – инфракрасная область спектра. Максимальное цветоразложение солнечного света приходится на 13–15 часов. Именно в это время луг, поле кажутся нам наиболее ярко и пестро расцвеченными.

Если свет, падающий на какую-нибудь поверхность, полностью от нее отражается, эта поверхность выглядит белой. Если все лучи поглощаются, поверхность воспринимается как черная. Если же поглощаются только лучи определенной длины, то отражение остальных создает ощущение цвета. Например, кожура апельсина поглощает лучи синей части спектра. И мы видим апельсин оранжевым.

Окраска не всегда обусловлена избирательным поглощением света. Так металлический цвет листьев некоторых растений объясняется преломлением света и рассеянием его с поверхности особых «оптических» чешуек или клеток. Но в большинстве случаев ответственными за окраску являются пигменты.

Растительные пигменты – это крупные органические молекулы, поглощающие свет определенной длины волны. В большинстве случаев «ответственными» за появление окраски являются определенные участки этих молекул, называемые хромофорами. Обычно хромофорный фрагмент состоит из группы атомов, объединенных в цепи или кольца с чередующимися одинарными и двойными связями (–С=С–С=С–). Чем больше таких чередующихся связей, тем глубже окраска. Кроме того, поглощение света усиливается при наличии в молекуле кольцевых структур.

В растительных клетках чаще всего встречаются зеленые пигменты хлорофиллы, красные и синие антоцианы, желтые флавоны и флавонолы, желто-оранжевые каротиноиды и темные меланины. Каждая из этих групп представлена несколькими отличающимися по химическому строению, а следовательно, по поглощению света и окраске пигментами.

А еще цвет пигмента может меняться при изменении кислотности среды, температуры, при взаимодействии с различными веществами. Поэтому важное значение имеет химический состав клеток, особенно вакуолярного сока. Наконец, окраска растения зависит и от строения ткани, в которой содержатся пигменты: ее толщины, количества межклетников, плотности находящегося на поверхности клеток воскового налета…

В растительном мире широко распространен белый цвет: белые цветки, белые стебли, белые пятна на листьях. Белый красящий пигмент называется бетулин. Накапливаясь в клетках коры молодых деревьев, бетулин окрашивает ствол березы в тот прекрасный белый цвет, которым мы все восхищаемся. Но у других растений причиной белой окраски, например венчиков, являются обширные межклетники в сочетании с клетками, лишенными пигментов. Белый цвет им придает. воздух. В этом можно убедиться несколькими способами (Опыт 1).

А что определяет окраску розовых, сиреневых, синих и фиолетовых цветков? Как это ни удивительно, но эти цвета определяет одна группа пигментов – антоцианы, впервые выделенные из цветков василька синего.

Ярко-красные розы, голубые васильки, фиолетовые анютины глазки содержат растворенные в клеточном соке антоцианы. Яблоки, вишни, виноград, черника, голубика, сок листьев и стеблей гречихи, краснокочанной капусты, листьев и корнеплодов столовой свеклы, молодая красная кора эвкалипта, красные осенние листья своим цветом тоже обязаны антоцианам. Если орган растения имеет голубой, синий, фиолетовый цвет, то нет никакого сомнения в том, что его окраска обусловлена антоцианами.

Антоцианы – это гликозиды, возникающие при соединении различных сахаров с циклическими соединениями, называемыми антоцианидинами. Содержатся антоцианы в клеточном соке (вакуолях), значительно реже – в клеточных оболочках.

В присутствии щелочи в молекулах антоцианов происходит перегруппировка двойных и ординарных связей между атомами углерода, что приводит к образованию нового хромофора – в щелочной среде антоцианы приобретают синий или сине-зеленый цвет. Поэтому их можно использовать в качестве кислотно-щелочных индикаторов (Опыт 2). При действии минеральных и органических кислот антоцианы образуют соли красного, при действии щелочей – синего цвета. На цвет антоцианов влияет также способность этих пигментов образовывать комплексные соединения с металлами.

Рассмотрим теперь желтые пигменты, которые широко распространены в мире растений, но в некоторых случаях маскируются антоцианами, хлорофиллом и поэтому менее заметны.

Группа пигментов, способных придать клетке желтый или желто-оранжевый цвет, наиболее многочисленна – это каротиноиды, флавоны, флавонолы и некоторые другие. Флавоны и флавонолы – довольно устойчивые соединения, причем некоторые из них хорошо растворимы в горячей воде. Именно поэтому флавоновые пигменты были первыми красителями, которые наши предки использовали для окраски тканей. Близки к флавонам по строению другие красители желтого цвета – халконы и ауроны. В растениях они содержатся в цветках (лепестки, рыльца пестиков), листьях, плодах. Среди известных нам растений эти пигменты можно обнаружить в листьях и цветках кислицы, кореопсиса, львиного зева. Сосредоточены они в вакуолях эпидермальных клеток. Названия этих пигментов обычно происходят от названий растений, из которых они были впервые выделены. Например, кверцетин – пигмент коры и плодов дуба.

У некоторых, немногочисленных по сравнению с «антоциановой» группой, видов растений оранжевая и красно-коричневая окраска цветков (тагетес прямостоячий, настурция большая) или плодов (томаты, шиповник, ландыш майский) обусловлена не растворенными в клеточном соке антоцианами, а находящимися преимущественно в желтых и оранжевых пластидах (хромопластах) пигментами группы каротиноидов. Название этой группе, в честь одного из пигментов, содержащихся в оранжевых корнях моркови, дал биохимик растений М.С. Цвет. Каротиноиды содержатся практически во всех органах растений: в цветках, листьях, плодах и семенах. В листьях и зеленых плодах каротиноиды находятся в хлоропластах, где маскируются хлорофиллом, и в хромопластах.

Каротиноиды нерастворимы в воде, но хорошо извлекаются из пластид органическими растворителями (бензин, спирт). Их цвет, в отличие от антоцианов, не зависит от кислотности среды. У каротиноидов невозможно выделить какой-нибудь один характерный хромофорный фрагмент, потому что их молекулы включают цепочки атомов с чередующимися ординарными и двойными связями разной длины, – цепочке каждого типа соответствует свой индивидуальный хромофор. По мере удлинения цепи окраска пигментов изменяется от желтой к красной и даже красно-фиолетовой. В молекулах оранжевых и оранжево-красных пигментов β-каротина (пигмент моркови и сладкого перца), рубиксантина (пигмент шиповника) и ликопина (пигмент помидоров) имеется 11 двойных связей, чередующихся с ординарными, а в молекулах красного виолоксантина (пигмент некоторых красных фруктов) – 13.

Каротиноиды вместе с флавоновыми пигментами придают желтый цвет листьям и венчикам цветков огурца, тыквы, одуванчика, лютиков, купальницы, калужницы, чистотела, подсолнечника, плодам кукурузы, тыквы, кабачков, баклажанов, паслена, помидора, дыни, а также многих цитрусовых. Рекордсменом по числу каротиноидных пигментов является стручковый красный перец. А вот по концентрации каротиноидов чемпионами являются плоды абрикоса, корнеплоды моркови и листья петрушки.

Обычно в венчиках растений содержатся и антоцианы, и флавоны, и флавонолы. Например, в цветках львиного зева обнаружено два вида антоцианов (пеларгонидин и цианидин), два флавонола, в том числе кверцетин и несколько флавонов, например лютеолин – пигмент анютиных глазок.

А как обстоит дело с черными пигментами? Абсолютно черного пигмента у растений нет. В кожуре красных сортов винограда, лепестках некоторых цветков, черном чае, чаге (березовый гриб) содержатся черно-коричневые пигменты группы меланинов. Но в большинстве случаев, когда речь идет о черных цветках или плодах, мы имеем дело с накоплением темно-синих антоцианов.

Плоды черники, бузины черной, крушины выглядят черными, поскольку толстый слой окрашенных клеток мякоти полностью поглощает солнечный свет.

Коричневый цвет обусловлен накоплением в клетках больших количеств желтых пигментов, часто в сочетании с окрашенными в красно-коричневые тона дубильными веществами. Например, в плодах конского каштана обыкновенного, дуба черешчатого содержится очень много желтого пигмента кверцетина.

Причиной появления коричневой и черной окраски, кроме того, могут быть бесцветные вещества из группы катехинов. При окислении особыми ферментами они полимеризуются и дают «пищевые» дубильные вещества, окрашенные в красный и коричневый цвета. Катехины хорошо растворимы в горячей воде, накапливаются в вакуолях и в большом количестве содержатся в листьях многих растений, древесине, плодах, листьях (чай).

Самым главным пигментом растений, который обусловливает их принадлежность к отдельному зеленому царству, является, конечно же, хлорофилл. Он содержится в зеленых частях растений (от 0,6 до 1,2% от массы сухого листа).

В состав молекулы хлорофилла входит ион магния. В отличие от обширных групп антоцианов, каротиноидов, флавонов и флавонолов, в клетках всех высших растений имеется только две формы хлорофилла – зеленый с синеватым оттенком, хлорофилл а и зеленый с желтоватым оттенком, хлорофилл b. Хлорофилл a характерен для всех видов фотосинтезирующих растений. Хлорофилл b присутствует в листь-ях высших растений и в большинстве водорослей. Бурые водоросли, кроме того, содержат хлорофилл с, а красные – хлорофилл d.

Значительно реже встречаются в природе протохлорофиллы и хлорофиллиды. Зеленый цвет всех перечисленных пигментов обусловлен наличием в их молекулах ажурного порфиринового цикла, связанного с ионом магния, в чем можно убедиться, проведя простой опыт (Опыт 3).

Цвет хлорофилла, как и любого окрашенного вещества, обусловлен сочетанием тех лучей, которые пигмент не поглощает. Для растворов хлорофилла максимумы поглощения расположены в сине-фиолетовой (430 нм у хлорофилла а и 450 нм у хлорофилла b) и красной (660 нм у хлорофилла а и 650 нм у хлорофилла b) областях спектра. Эти лучи поглощаются хлорофиллом полностью. Голубые, желтые, оранжевые лучи поглощаются в гораздо меньшей степени, и их суммарное поглощение определяется общим количеством хлорофилла. Минимум поглощения лежит в зоне зеленых лучей. Совершенно не поглощается хлорофиллом только небольшая часть красных лучей, которые в спектре расположены на границе с инфракрасной областью. Это так называемые дальние красные лучи.

Избирательное поглощение хлорофиллом лучей разной части спектра можно пронаблюдать на опыте (Опыт 4) – по мере увеличения высоты столба жидкости в пробирке наблюдается изменение окраски раствора от ярко-зеленой до вишнево-красной. Значит, правы те, кто видел в густом лесу красное свечение, исходящее из-под полога леса.

Для листьев различного возраста, различных видов растений характерно многообразие оттенков зеленого цвета. Объясняется это тем, что в формировании окраски листа принимает участие не только хлорофилл, но и другие содержащиеся в листе пигменты: желтые каротиноиды, красные антоцианы. Убедиться в разнообразии окрашивающих лист пигментов можно на опыте (Опыт 5).

Источник

Adblock
detector