מדענים יודעים מה הם פיגמנטים צמחיים - ירוק וסגול, צהוב ואדום. פיגמנטים צמחיים נקראים מולקולות אורגניות שנמצאות ברקמות, תאים של אורגניזם צמחי - זה הודות לתכלילים כאלה שהם מקבלים צבע. בטבע, כלורופיל נמצא לעתים קרובות יותר מאחרים, אשר קיים בגוף של כל צמח גבוה יותר. כתום, גוון אדמדם, גוונים צהבהבים מסופקים על ידי קרוטנואידים.
ופרטים נוספים?
פיגמנטים צמחיים נמצאים בכרומו-, כלורופלסטים. בסך הכל, המדע המודרני מכיר כמה מאות סוגים של תרכובות מסוג זה. אחוז מרשים מכל המולקולות שהתגלו נדרשות לפוטוסינתזה. כפי שהוכיחו בדיקות, פיגמנטים הם מקורות לרטינול. גוונים ורודים ואדומים, וריאציות של צבעים חומים וכחלחלים מסופקים על ידי נוכחות של אנתוציאנינים. פיגמנטים כאלה נצפים במוהל תאים צמחיים. כשהימים מתקצרים בעונה הקרה,פיגמנטים מגיבים עם תרכובות אחרות הקיימות בגוף הצמח, וגורמים לשינוי הצבע של החלקים הירוקים בעבר. עלוות העצים הופכת בהירה וצבעונית - אותו סתיו שהורגלנו אליו.
המפורסם ביותר
אולי כמעט כל תלמיד תיכון יודע על כלורופיל, פיגמנט צמחי הכרחי לפוטוסינתזה. בשל תרכובת זו, נציג של עולם הצומח יכול לספוג את אור השמש. עם זאת, על הפלנטה שלנו, לא רק צמחים לא יכולים להתקיים ללא כלורופיל. כפי שמחקרים נוספים הראו, תרכובת זו היא חיונית לחלוטין עבור האנושות, מכיוון שהיא מספקת הגנה טבעית מפני תהליכים סרטניים. הוכח שהפיגמנט מעכב חומרים מסרטנים ומבטיח הגנה על DNA מפני מוטציות בהשפעת תרכובות רעילות.
כלורופיל הוא הפיגמנט הירוק של צמחים, המייצג כימית מולקולה. הוא ממוקם בכלורופלסטים. זה בגלל מולקולה כזו שאזורים אלה נצבעים בירוק. במבנה שלה, המולקולה היא טבעת פורפירין. בשל הספציפיות הזו, הפיגמנט דומה להם, שהוא מרכיב מבני של המוגלובין. ההבדל העיקרי הוא באטום המרכזי: ב-heme, ברזל תופס את מקומו; עבור כלורופיל, מגנזיום הוא המשמעותי ביותר. מדענים גילו עובדה זו לראשונה בשנת 1930. האירוע התרחש 15 שנים לאחר שווילשטטר גילה את החומר.
כימיה וביולוגיה
ראשית, מדענים גילו שהפיגמנט הירוק בצמחים מגיע בשני סוגים, שקיבלו שמות לשנייםהאותיות הראשונות של האלפבית הלטיני. ההבדל בין הזנים, למרות שהוא קטן, עדיין קיים, ובולט בעיקר בניתוח של שרשראות צד. עבור הזן הראשון, CH3 ממלא את תפקידם, עבור הסוג השני - CHO. שתי צורות הכלורופיל שייכות לקבוצת קולטני הפוטו הפעילים. בזכותם, הצמח יכול לספוג את מרכיב האנרגיה של קרינת השמש. לאחר מכן, זוהו שלושה סוגים נוספים של כלורופיל.
במדע, הפיגמנט הירוק בצמחים נקרא כלורופיל. בחקירת ההבדלים בין שני הזנים העיקריים של מולקולה זו הטבועים בצמחייה גבוהה יותר, נמצא כי אורכי הגל שיכולים להיספג בפיגמנט שונים במקצת עבור סוגים A ו-B. למעשה, על פי מדענים, הזנים משלימים ביעילות כל אחד מהם. אחר, ובכך לספק לצמח את היכולת לספוג את כמות האנרגיה הנדרשת. בדרך כלל, הסוג הראשון של כלורופיל נצפה בדרך כלל בריכוז גבוה פי שלושה מהשני. יחד הם יוצרים פיגמנט צמחי ירוק. שלושה סוגים אחרים נמצאים רק בצורות עתיקות של צמחייה.
תכונות של מולקולות
בחקר המבנה של פיגמנטים צמחיים, נמצא ששני סוגי הכלורופיל הם מולקולות מסיסות בשומן. זנים סינתטיים שנוצרו במעבדות מתמוססים במים, אך ספיגתם בגוף אפשרית רק בנוכחות תרכובות שומניות. צמחים משתמשים בפיגמנט כדי לספק אנרגיה לצמיחה. בתזונה של אנשים, הוא משמש למטרת החלמה.
כלורופיל, כאילוהמוגלובין יכול לתפקד כרגיל ולייצר פחמימות כאשר הוא מחובר לשרשראות חלבון. מבחינה ויזואלית, נראה שהחלבון הוא תצורה ללא מערכת ומבנה ברורים, אבל הוא למעשה נכון, וזו הסיבה שכלורופיל יכול לשמור על מיקומו האופטימלי באופן יציב.
תכונות פעילות
מדענים, שחקרו את הפיגמנט העיקרי הזה של צמחים גבוהים יותר, גילו שהוא נמצא בכל הירוקים: הרשימה כוללת ירקות, אצות, חיידקים. כלורופיל הוא תרכובת טבעית לחלוטין. מטבעו, יש לו איכויות של מגן ומונע את השינוי, מוטציה של DNA בהשפעת תרכובות רעילות. עבודת מחקר מיוחדת אורגנה בגן הבוטני ההודי במכון המחקר. כפי שגילו מדענים, כלורופיל המתקבל מעשבי תיבול טריים יכול להגן מפני תרכובות רעילות, חיידקים פתולוגיים, וגם מרגיע את פעילות הדלקת.
כלורופיל הוא קצר מועד. מולקולות אלו שבריריות מאוד. קרני השמש מובילות למוות של הפיגמנט, אך העלה הירוק מסוגל לייצר מולקולות חדשות וחדשות המחליפות את אלו ששירתו את חבריהם. בעונת הסתיו כבר לא מייצרים כלורופיל ולכן העלווה מאבדת את צבעה. פיגמנטים אחרים באים לידי ביטוי, שהוסתרו בעבר מעיניו של צופה חיצוני.
אין הגבלה למגוון
מגוון הפיגמנטים הצמחיים המוכרים לחוקרים מודרניים הוא גדול במיוחד. משנה לשנה, מדענים מגלים יותר ויותר מולקולות חדשות. נערך לאחרונה יחסיתמחקרים אפשרו להוסיף שלושה סוגים נוספים לשני זני הכלורופיל שהוזכרו לעיל: C, C1, E. עם זאת, סוג A עדיין נחשב החשוב ביותר. אבל קרוטנואידים הם אפילו מגוון יותר. סוג זה של פיגמנטים מוכר היטב למדע - בזכותם שורשי גזר, ירקות רבים, פירות הדר ומתנות אחרות של עולם הצומח רוכשים גוונים. בדיקות נוספות הראו שלכנריות יש נוצות צהובות בגלל הקרוטנואידים. הם גם נותנים צבע לחלמון הביצה. בשל שפע הקרוטנואידים, לתושבי אסיה יש גוון עור מיוחד.
לא לאדם ולא לנציגים של עולם החיות יש תכונות ביוכימיה כאלה שיאפשרו ייצור של קרוטנואידים. חומרים אלה מופיעים על בסיס ויטמין A. זה מוכח על ידי תצפיות על פיגמנטים צמחיים: אם העוף לא קיבל צמחייה עם מזון, החלמונים יהיו בגוון חלש מאוד. אם כנרית הוזנה בכמות גדולה של מזון מועשר בקרוטנואידים אדומים, נוצותיה יקבלו גוון עז של אדום.
תכונות סקרניות: קרוטנואידים
הפיגמנט הצהוב בצמחים נקרא קרוטן. מדענים מצאו שקסנתופילים מספקים גוון אדום. מספר הנציגים של שני הסוגים הללו המוכרים לקהילה המדעית גדל בהתמדה. ב-1947, מדענים ידעו כשבעה תריסר קרוטנואידים, וב-1970 כבר היו יותר ממאתיים. במידה מסוימת זה דומה להתקדמות הידע בתחום הפיזיקה: תחילה הם ידעו על אטומים, אחר כך אלקטרונים ופרוטונים, ובהמשך חשפוחלקיקים קטנים אפילו יותר, שעבור ייעודם משתמשים רק באותיות. האם אפשר לדבר על חלקיקים יסודיים? כפי שהוכיחו בדיקות הפיזיקאים, מוקדם מדי להשתמש במונח כזה – המדע עדיין לא פותח עד כדי כך שניתן היה למצוא אותם, אם בכלל. מצב דומה התפתח עם פיגמנטים - משנה לשנה מתגלים מינים וסוגים חדשים, והביולוגים רק מופתעים, לא מסוגלים להסביר את הטבע הרב-צדדי.
אודות פונקציות
מדענים המעורבים בפיגמנטים של צמחים גבוהים אינם יכולים עדיין להסביר מדוע ומדוע הטבע סיפק מגוון כה רחב של מולקולות פיגמנט. הפונקציונליות של כמה זנים בודדים נחשפה. הוכח שקרוטן נחוץ כדי להבטיח את בטיחותן של מולקולות כלורופיל מפני חמצון. מנגנון ההגנה נובע מהתכונות של חמצן יחיד, הנוצר במהלך תגובת הפוטוסינתזה כתוצר נוסף. תרכובת זו אגרסיבית ביותר.
תכונה נוספת של הפיגמנט הצהוב בתאי הצמח היא יכולתו להגדיל את מרווח אורך הגל הנדרש לתהליך הפוטוסינתזה. נכון לעכשיו, פונקציה כזו לא הוכחה במדויק, אבל מחקר רב נעשה כדי להציע שההוכחה הסופית להשערה אינה רחוקה. הקרניים שפיגמנט הצמח הירוק אינו יכול לספוג נספגות במולקולות הפיגמנט הצהוב. לאחר מכן האנרגיה מופנית לכלורופיל לצורך טרנספורמציה נוספת.
פיגמנטים: כל כך שונים
חוץ מכמהזנים של קרוטנואידים, פיגמנטים הנקראים אורונים, לכלקונים יש צבע צהוב. המבנה הכימי שלהם דומה במובנים רבים לפלבונים. פיגמנטים כאלה אינם מתרחשים לעתים קרובות מאוד בטבע. הם נמצאו בעלונים, תפרחות של אוקסליס ולוע דרקונים, הם מספקים את הצבע של coreopsis. פיגמנטים כאלה אינם סובלים עשן טבק. אם אתה מחטא צמח עם סיגריה, הוא מיד יהפוך לאדום. סינתזה ביולוגית המתרחשת בתאי צמחים בהשתתפות כלקונים מובילה ליצירת פלבונולים, פלבונים, אורונים.
גם לבעלי חיים וגם לצמחים יש מלנין. פיגמנט זה מספק גוון חום לשיער, הודות לו התלתלים יכולים להשחיר. אם התאים אינם מכילים מלנין, נציגי עולם החי הופכים לבקנים. בצמחים, הפיגמנט נמצא בקליפת הענבים האדומים ובחלק מהתפרחות בעלי הכותרת.
כחול ועוד
הצמחייה מקבלת את הגוון הכחול שלה בזכות פיטוכרום. זהו פיגמנט צמח חלבוני שאחראי לשליטה בפריחה. זה מסדיר את נביטת הזרעים. זה ידוע כי phytochrome יכול להאיץ את הפריחה של כמה נציגים של עולם הצמח, בעוד שלאחרים יש תהליך הפוך של האטה. במידה מסוימת, ניתן להשוות אותו עם שעון, אבל ביולוגי. כרגע, מדענים עדיין לא יודעים את כל הפרטים של מנגנון הפעולה של הפיגמנט. נמצא שהמבנה של מולקולה זו מותאם לפי שעות היום והאור, ומעביר מידע על רמת האור בסביבה לצמח.
פיגמנט כחול פנימהצמחים - אנתוציאנין. עם זאת, ישנם מספר זנים. אנתוציאנינים לא רק נותנים צבע כחול, אלא גם ורוד, הם גם מסבירים את הצבעים האדומים והלילך, לפעמים סגול כהה ועשיר. יצירה פעילה של אנתוציאנינים בתאי צמחים נצפה כאשר טמפרטורת הסביבה יורדת, יצירת הכלורופיל נעצרת. צבע העלווה משתנה מירוק לאדום, אדום, כחול. הודות לאנתוציאנינים, לוורדים ולפרגים יש פרחים ארגמניים בהירים. אותו פיגמנט מסביר את הגוונים של תפרחת גרניום וקורנפלור. הודות למגוון הכחול של אנתוציאנין, לבלופעמונים יש את הצבע העדין שלהם. זנים מסוימים של סוג זה של פיגמנט נצפים בענבים, כרוב אדום. אנתוציאנינים מספקים צביעה של שזיפים, שזיפים.
בהיר וחשוך
פיגמנט צהוב ידוע, שמדענים כינו אותו אנתכלור. זה נמצא בעור של עלי כותרת של רקפת הרקפת. אנתכלור נמצא ברקפות, תפרחת איל. הם עשירים בפרגים מזנים צהובים ודליה. פיגמנט זה נותן צבע נעים לתפרחת פשתן קרפדה, פירות לימון. זה זוהה במפעלים אחרים.
Anthofein נדיר יחסית בטבע. זהו פיגמנט כהה. הודות לו, כתמים ספציפיים מופיעים על הקורולה של כמה קטניות.
כל הפיגמנטים הבהירים נוצרים על ידי הטבע לצביעה ספציפית של נציגי עולם הצומח. הודות לצביעה זו, הצמח מושך אליו ציפורים ובעלי חיים. זה מבטיח את הפצת הזרעים.
על תאים ומבנה
מנסה לקבועעד כמה הצבע של הצמחים תלוי בפיגמנטים, איך המולקולות האלה מסודרות, למה כל תהליך הפיגמנטציה הכרחי, מדענים גילו שפלסטידים נמצאים בגוף הצמח. זהו השם שניתן לגופים קטנים שעשויים להיות צבעוניים, אך גם חסרי צבע. גופים קטנים כאלה הם רק ובלעדי בין נציגי עולם הצמחים. כל הפלסטידים חולקו לכלורופלסטים בעלי גוון ירוק, כרומופלסטים שנצבעו בווריאציות שונות של הספקטרום האדום (כולל צהוב וגווני מעבר) וללאקופלסטים. לאחרונים אין גוונים.
בדרך כלל, תא צמחי מכיל מגוון אחד של פלסטידים. ניסויים הראו את יכולתם של גופים אלו להפוך מטיפוס לסוג. כלורופלסטים נמצאים בכל איברי הצמח המוכתמים בירוק. Leukoplasts נצפים לעתים קרובות יותר בחלקים מוסתרים מקרני השמש הישירות. ישנם רבים מהם בקני שורש, הם נמצאים בפקעות, חלקיקי מסננת של כמה סוגים של צמחים. כרומופלסטים אופייניים לעלי כותרת, פירות בשלים. קרומי התילקואיד מועשרים בכלורופיל ובקרוטנואידים. לאוקופלסטים אינם מכילים מולקולות פיגמנט, אך יכולים להוות מיקום לתהליכי סינתזה, הצטברות של תרכובות תזונתיות - חלבונים, עמילן, לעיתים שומנים.
תגובות וטרנספורמציות
בחקרו את הפיגמנטים הפוטוסינתטיים של צמחים גבוהים יותר, מדענים מצאו שכרומופלסטים נצבעים באדום, עקב נוכחותם של קרוטנואידים. מקובל כי כרומופלסטים הם השלב האחרון בפיתוח פלסטידים. הם כנראה מופיעים במהלך הטרנספורמציה של leuko-, כלורופלסטים כשהם מזדקנים. במידה רבההנוכחות של מולקולות כאלה קובעת את צבע העלווה בסתיו, כמו גם פרחים ופירות בהירים ונעימים לעין. קרוטנואידים מיוצרים על ידי אצות, פלנקטון צמחי וצמחים. הם יכולים להיווצר על ידי כמה חיידקים, פטריות. קרוטנואידים אחראים לצבעם של נציגים חיים של עולם הצומח. לבעלי חיים מסוימים יש מערכות ביוכימיה, שבזכותן הופכים קרוטנואידים למולקולות אחרות. חומר הזנה לתגובה כזו מתקבל ממזון.
לפי תצפיות על פלמינגו ורודים, ציפורים אלה אוספות ומסננות ספירולינה וכמה אצות אחרות כדי לקבל פיגמנט צהוב, שממנו מופיעים קנתקסנטין, אסטקסנטין. המולקולות הללו הן שנותנות לנוצות ציפורים צבע כה יפה. לדגים וציפורים רבים, סרטנים וחרקים יש צבע עז בשל הקרוטנואידים, המתקבלים מהתזונה. בטא-קרוטן הופך לכמה ויטמינים המשמשים לתועלת האדם - הם מגנים על העיניים מפני קרינה אולטרה סגולה.
אדום וירוק
אם כבר מדברים על הפיגמנטים הפוטוסינתטיים של צמחים גבוהים יותר, יש לציין שהם יכולים לספוג פוטונים של גלי אור. יש לציין שהדבר חל רק על החלק של הספקטרום הנראה לעין האנושית, כלומר לאורך גל בטווח של 400-700 ננומטר. חלקיקי צמחים יכולים לספוג רק קוונטים שיש להם מאגרי אנרגיה מספיקים לתגובת הפוטוסינתזה. הספיגה היא באחריות הפיגמנטים בלבד. מדענים חקרו את צורות החיים העתיקות ביותר בעולם הצומח - חיידקים, אצות.הוכח שהם מכילים תרכובות שונות שיכולות לקבל אור בספקטרום הנראה. זנים מסוימים יכולים לקבל גלי אור של קרינה שאינה נתפסת על ידי העין האנושית - מגוש ליד אינפרא אדום. בנוסף לכלורופילים, פונקציונליות כזו מוקצית על ידי הטבע לבקטריורודופסין, בקטריוכלורופילים. מחקרים הראו את החשיבות לתגובות של סינתזה של phycobilins, carotenoids.
המגוון של פיגמנטים פוטוסינתטיים של צמחים שונה מקבוצה לקבוצה. הרבה נקבע על פי התנאים שבהם חיה צורת החיים. לנציגים של עולם הצמחים הגבוה יש מגוון קטן יותר של פיגמנטים מאשר לזנים עתיקים מבחינה אבולוציונית.
על מה זה?
בחקרנו את הפיגמנטים הפוטוסינתטיים של צמחים, מצאנו שלצורות צמחים גבוהות יותר יש רק שני זנים של כלורופיל (שהוזכרו קודם לכן A,B). שני הסוגים הללו הם פורפירינים בעלי אטום מגנזיום. הם נכללים בעיקר בקומפלקסים של קצירת אור שסופגים אנרגיית אור ומכוונים אותה למרכזי תגובה. המרכזים מכילים אחוז קטן יחסית מסך הכלורופיל מסוג 1 הקיים בצמח. כאן מתרחשות האינטראקציות העיקריות האופייניות לפוטוסינתזה. כלורופיל מלווה בקרוטנואידים: כפי שמצאו מדענים, יש בדרך כלל חמישה סוגים שלהם, לא יותר. אלמנטים אלה גם אוספים אור.
בהיותם מומסים, כלורופילים, קרוטנואידים הם פיגמנטים צמחיים שיש להם פסי ספיגת אור צרים המרוחקים למדי זה מזה. לכלורופיל יש את היכולת בצורה היעילה ביותרסופגים גלים כחולים, הם יכולים לעבוד עם גלים אדומים, אבל הם לוכדים אור ירוק בצורה חלשה מאוד. הרחבת הספקטרום והחפיפה ניתנת על ידי כלורופלסטים המבודדים מעלי הצמח ללא קושי רב. ממברנות כלורופלסט שונות מתמיסות, שכן מרכיבי הצביעה משולבים עם חלבונים, שומנים, מגיבים זה עם זה ואנרגיה נודדת בין קולטים ומרכזי צבירה. אם ניקח בחשבון את ספקטרום בליעת האור של עלה, יתברר שהוא מורכב אפילו יותר, מוחלק מכלורופלסט בודד.
שתקפות וספיגה
בחקרו את הפיגמנטים של עלה צמח, מדענים מצאו שאחוז מסוים מהאור שפוגע בעלה מוחזר. תופעה זו חולקה לשני סוגים: מראה, מפוזר. הם אומרים על הראשון אם פני השטח מבריק, חלק. השתקפות הסדין נוצרת בעיקר על ידי הסוג השני. האור מחלחל לעובי, מתפזר, משנה כיוון, שכן גם בשכבה החיצונית וגם בתוך היריעת יש משטחים מפרידים בעלי מדדי שבירה שונים. השפעות דומות נצפות כאשר אור עובר דרך תאים. אין ספיגה חזקה, הנתיב האופטי גדול בהרבה מעובי היריעה, נמדד גיאומטרית, והיריעה מסוגלת לקלוט יותר אור מהפיגמנט המופק ממנה. עלים גם סופגים הרבה יותר אנרגיה מאשר כלורופלסטים שנחקרו בנפרד.
בגלל שיש פיגמנטים צמחיים שונים - אדום, ירוק וכן הלאה - בהתאמה, תופעת הספיגה לא אחידה. הסדין מסוגל לתפוס אור באורכי גל שונים, אך יעילות התהליך מצוינת.יכולת הספיגה הגבוהה ביותר של עלווה ירוקה טבועה בגוש הסגול של הספקטרום, אדום, כחול וכחול. עוצמת הספיגה כמעט אינה נקבעת לפי מידת הריכוז של הכלורופילים. זאת בשל העובדה שלמדיום יש כוח פיזור גבוה. אם נצפים פיגמנטים בריכוז גבוה, ספיגה מתרחשת ליד פני השטח.
