Желто красный пигмент называется: Желто-красный пигмент, 4 (четыре) буквы

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.

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 (

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.

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.

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 б

* 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.

О роли и свойствах других пигментов растений читайте на страницах «Журнала общей биологии»:
Синопсис «Чувствительные растения тоже краснеют» к статье ЖОБ, т. 77, №6.
Синопсис «Тестирование флуоресцентного метода определения реактивности фотосинтетического аппарата» к статье ЖОБ, т. 80, №3.

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.

Растительные пигменты | Поговорим о науке

Разнообразие фруктов и овощей (leonori, iStockphoto)

Разнообразие фруктов и овощей (leonori, iStockphoto)

11 апреля 2022 г.

6,78

Как это согласуется с моей учебной программой?

АБ 12 Химия 30 (2007 г., обновление 2014 г.) Раздел C: Химические изменения органических соединений

до н.э. 11 Химия 11 (июнь 2018 г.) Большая идея: органическая химия и ее приложения имеют большое значение для здоровья человека, общества и окружающей среды.

МБ 11 Химия 11 класс (2006) Тема 5: Органическая химия

NB 12 Химия 121/122 (2009) Блок 4: Органическая химия

NL 11 Химия 2202 (2018) Блок 3: Органическая химия

NS 11 Химия 11 (2021) Органическая химия

NS 11 Продвинутая химия 11 (2012) Органическая химия

НУ 12 Химия 30 (Альберта, 2007 г. , обновлено в 2014 г.) Раздел C: Химические изменения органических соединений

ON 12 Химия, 12 класс, Колледж (СЧ5С) Цепь C: Органическая химия

ON 12 Химия, 12 класс, университет (СЧ5У) Цепь B: Органическая химия

ON 12 Наука, 12 класс, рабочее место (SNC4E) Цепь C: Химические вещества в потребительских товарах

PE 11 Химия 521А (проект 2021 г.) Знание содержания: CK 3.1

YT 11 Химия 11 (Британская Колумбия, июнь 2018 г.) Большая идея: органическая химия и ее приложения имеют большое значение для здоровья человека, общества и окружающей среды.

СК 12 Химия 30 (2016) Химическая связь и материаловедение

NT 12 Химия 30 (Альберта, 2007 г., обновлено в 2014 г.) Раздел C: Химические изменения органических соединений

AB 10 Наука 10 (2005 г., обновлено в 2015 г.) Модуль C: Круговорот вещества в живых системах

NB 11 Биология 112/111 (2008) Блок 1: Ячейка

NB 11 Биология 112/111 (2008) Раздел 2: Биоразнообразие

Почему у растений так много цветов? Узнайте о растительных пигментах и ​​их роли в растениях.

Задумывались ли вы когда-нибудь, откуда берутся удивительные цвета растений? Что делает некоторые листья зелеными, а некоторые помидоры красными? Пигменты стоят за многими цветами, которые мы видим в растениях.

Что такое пигмент?

В биологии пигмент представляет собой любой окрашенный материал, содержащийся в растительной или животной клетке. Пигменты — это то, что придает цвет нашей коже, волосам и глазам. Они также какой цвет растений. Пигменты придают вещам определенный цвет, потому что они различаются по свету. В растениях есть три основных пигмента. Это хлорофиллы, каротиноиды и флавоноиды.

Типы пигментов

Хлорофиллы

На цветной фотографии подноса лежат зеленые фрукты, овощи и коктейль.

На переднем плане стеклянная кружка, наполненная ярко-зеленым коктейлем. В напитке находится серебристая металлическая соломинка. Кружка окружена грудами еды разных оттенков зеленого. Видны шпинат, капуста, петрушка и зеленые яблоки.

В зеленых растениях есть два типа хлорофиллов. Это хлорофилл а и хлорофилл b . Строение этих молекул очень похоже. Разница только в одной боковой цепи.

Диаграмма слева помечена как «Хлорофилл а». Диаграмма справа обозначена как Хлорофилл b. Обе диаграммы имеют кластеры вверху и длинные хвосты, тянущиеся вниз и влево. В верхней части структуры хлорофилла А выделена область, обозначенная Ch4 (3 в нижнем индексе). В верхней части структуры хлорофилла b та же область имеет две дополнительные ковалентные химические связи. Слева — двойная связь, обозначенная O. Справа — одинарная связь, обозначенная H.

Ось x обозначена длиной волны [нм] и отмечена от 400 слева до 700 справа. Ниже линейка иллюстрирует цвета этих длин волн. Фиолетовый на уровне 400, голубовато-зеленый на уровне 500, оранжевый на уровне 600 и красный на уровне 700. Ось Y обозначена как «Поглощение».

Поглощение хлорофилла А показано темно-зеленой линией, которая начинается примерно на половине шкалы поглощения при 400 нм. Затем он достигает пика около 425 нм и падает очень низко, пока снова не достигнет пика около 675 нм.

Поглощение хлорофилла B показано ярко-зеленой линией, которая начинается примерно на 1/4 пути вверх по шкале поглощения при 400 нм. Затем он достигает пика примерно при 475 нм и падает до тех пор, пока снова не достигает пика примерно при 625 нм.

В растениях больше хлорофилла a, чем b. Около трех четвертей пигмента растений составляет хлорофилл а. Хлорофилл а поглощает свет лучше, чем хлорофилл b, поэтому неудивительно, что в растениях его больше. На самом деле растениям не нужен хлорофилл b для фотосинтеза. Вот почему ученые часто называют его дополнительным пигментом. Цель хлорофилла b — поглощать свет в более широком диапазоне спектра видимого света. Растения, которые живут в условиях низкой освещенности, как правило, имеют больше хлорофилла b, чем растения, которые получают много солнечного света.

Знаете ли вы?

Есть и другие хлорофиллы? Хлорофилл c, d и f обнаружен в некоторых видах красных водорослей и в некоторых видах. Они поглощают свет в красной части спектра.

Каротиноиды 

Зеленый — не единственный цвет растений. Фрукты, овощи и цветы бывают всех цветов радуги!

Показана цветная фотография ярко-красных и желтых цветов с зелеными стеблями и листьями.

Каркас наполнен цветущими растениями. У них высокие тонкие зеленые стебли и длинные заостренные листья. Цветы каждого растения в полном расцвете. Каждый из них отображается либо красным, либо желтым.

Показан график с цветными линиями, показывающий, где лютеин, бета-каротин и ликопин поглощают свет в электромагнитном спектре.

Ось x обозначена длиной волны [нм] и отмечена от 400 слева до 700 справа. Ниже линейка иллюстрирует цвета этих длин волн. Фиолетовый на уровне 400, голубовато-зеленый на уровне 500, оранжевый на уровне 600 и красный на уровне 700. Ось Y отмечена как «Поглощение».

Поглощение лютеина показано желтой линией, которая начинается с нижней точки шкалы поглощения при 400 нм. Затем он достигает пика около 490 нм, с меньшим пиком около 510 нм. Линия падает вниз и исчезает примерно при 590 нм.

Поглощение бета-каротина показано оранжевой линией, которая начинается с нижней точки шкалы поглощения при 400 нм. Затем он достигает пика чуть ниже лютеина примерно при 500 нм и опускается до плато примерно при 525 нм. Линия падает вниз и исчезает примерно при 590 нм.

Поглощение ликопина показано красной линией, которая начинается внизу шкалы поглощения примерно при 410 нм. Затем она достигает небольшого плато около 490 нм, за которым следует пик примерно при 510 нм. Этот пик находится ниже как лютеина, так и бета-каротина, примерно на полпути вверх по шкале абсорбции. Линия имеет другой, меньший пик около 550 нм, а затем резко падает и исчезает при 600 нм.

Существует два основных типа каротиноидов. Это каротины и ксантофиллы.

Каротины включают пигменты, такие как 𝛃-каротин (бета-каротин) и ликопин. Все они имеют химическую формулу C ₄₀ H ₅₆ . Все их имена также оканчиваются на -ен.

Показаны черно-белые молекулярные диаграммы для бета-каротина и ликопина.

На верхней диаграмме бета-каротин обозначен оранжевым цветом. На дне красная надпись Lycopene. Оба являются длинными, тонкими, горизонтальными структурами. бета-каротин имеет дополнительные связи, образуя шестиугольники с тремя дополнительными связями на каждом конце. Все связи обозначены Ch4 (3 в нижнем индексе).

Знаете ли вы?

Красный цвет плодов томата обусловлен главным образом каротиноидом ликопином. Было проведено много исследований, связывающих ликопин с потенциальной пользой для здоровья. К ним относятся снижение риска некоторых видов рака.

Ксантофиллы включают пигменты, такие как лютеин и зеаксантин. Они имеют химическую структуру, похожую на каротины. Но у них есть дополнительные молекулы кислорода. Все их имена заканчиваются на -in.

Ксантофиллы содержатся во многих зеленых овощах и в некоторых цветах. Некоторые ксантофиллы также используются в качестве пищевых красителей.

Показаны черно-белые молекулярные диаграммы, помеченные лютеином и зеаксантином, каждая из которых имеет небольшие области, выделенные желтым цветом.

Обе диаграммы длинные и узкие с шестиугольниками на каждом конце. Верхний помечен желтым цветом Лютеин. Нижний помечен желтым цветом Зеаксантин. Одна двойная связь, обозначенная CH ₃ (3 в нижнем индексе), обведена кружком и выделена желтым цветом в левом конце каждой диаграммы. Это правая нижняя сторона шестиугольника для лютеина и правая сторона шестиугольника для зеаксантина.

Как и хлорофиллы, каротиноиды поглощают энергию солнечного света. Затем они передают энергию молекулам хлорофилла для ускорения фотосинтеза.

Во всех живых существах каротиноиды действуют как антиоксиданты. Антиоксиданты — это молекулы, которые могут замедлять реакции, способные повредить клетки.

Флавоноиды

Показана цветная фотография красных и фиолетовых фруктов и овощей на белой поверхности.

Камера смотрит прямо на дисплей сверху. Продукты аккуратно сгруппированы по типам. Сверху слева они включают: клубнику, красный виноград, красный перец, помидоры, красный лук, свеклу, красную капусту, чернику, вишню, перец, гранаты и яблоки.

Ось x обозначена длиной волны [нм] и отмечена цифрами от 200 слева до 700 справа. Ниже линейка иллюстрирует цвета этих длин волн. Линейка начинается с темно-фиолетового цвета непосредственно перед 400 нм. Затем линейка меняет цвет с фиолетового на 400, голубовато-зеленого на 500, оранжевого на 600 и красного на 700. Ось Y обозначена как Absorbance (Поглощение).

Поглощение энина показано фиолетовой линией. Он начинается примерно на 2/3 вверх по шкале поглощения примерно при 280 нм. Он быстро достигает пика около 290 нм, затем падает довольно низко, прежде чем снова достигает пика около 510 нм. Он быстро падает и исчезает примерно при 590 нм.

Поглощение хлорофилла А показано темно-зеленой линией, которая начинается примерно на половине шкалы поглощения при 400 нм. Затем он достигает пика около 425 нм и падает очень низко, пока снова не достигнет пика около 675 нм.

Поглощение хлорофилла В показано ярко-зеленой линией, которая начинается примерно на 1/4 шкалы поглощения при 400 нм. Затем он достигает пика примерно при 475 нм и падает до тех пор, пока снова не достигает пика примерно при 625 нм.

Показаны 15 цветных фотографий цветов, которые кажутся желтыми в видимом свете и ярко-синими в ультрафиолетовом свете.

В видимом свете цветки ярко-желтые на черном фоне. В ультрафиолете лучше видны разные части цветков.

Например, на первой фотографии цветок целиком окрашен в один оттенок желтого. На второй фотографии внешние лепестки цветка кажутся ярко-синими, а большая часть центра темно-синей.

Каждая фотография пронумерована в верхнем левом или нижнем левом углу от A до O.

Фотосинтетические пигменты

Пигменты — красочные соединения.

Пигменты представляют собой химические соединения, которые отражают только определенные длины волны видимого света. Это делает их «красочными». Цветы, кораллы и даже кожа животных содержат пигменты, придающие им окраску. Более важным, чем отражение света, является способность пигментов до поглощают определенных длин волн.

Поскольку они взаимодействуют со светом, поглощая только определенные длины волн, пигменты полезны для растений и других автотрофов —организмов которые производят себе пищу, используя фотосинтез . У растений, водорослей, и цианобактерии, пигменты являются средством с помощью которых энергия солнечного света улавливается для фотосинтеза. Однако, поскольку каждый пигмент взаимодействует только с узким диапазоном спектра, обычно необходимо производить несколько видов пигментов. каждый разного цвета, чтобы захватить больше солнечной энергии.

Существует три основных класса пигментов.

Каротиноиды обычно представляют собой красные, оранжевые или желтые пигменты и включают знакомое соединение каротин, который придает моркови ее цвет. Эти соединения состоят из двух небольших шестиуглеродных колец, соединенных «цепочка» атомов углерода. В результате они не растворяются в воде и должны быть прикреплены к мембранам внутри клетки. Каротиноиды не переносят солнечный свет энергии непосредственно на путь фотосинтеза, но должны передавать поглощенную энергии на хлорофилл. По этой причине они называются вспомогательные пигменты . Один очень заметный дополнительный пигмент фукоксантин коричневый пигмент, окрашивающий водоросли и другие бурые водоросли а также диатомовые.