دانشمندان می دانند که رنگدانه های گیاهی چیست - سبز و بنفش، زرد و قرمز. رنگدانه های گیاهی مولکول های آلی نامیده می شوند که در بافت ها، سلول های ارگانیسم گیاهی یافت می شوند - به لطف چنین اجزایی است که رنگ می گیرند. در طبیعت، کلروفیل بیشتر از سایرین یافت می شود که در بدن هر گیاه بالاتری وجود دارد. رنگ نارنجی، مایل به قرمز، سایه های مایل به زرد توسط کاروتنوئیدها ارائه می شود.
و جزئیات بیشتر؟
رنگدانه های گیاهی در کرومو و کلروپلاست ها یافت می شوند. در کل، علم مدرن چند صد نوع ترکیب از این نوع را می شناسد. درصد قابل توجهی از تمام مولکول های کشف شده برای فتوسنتز مورد نیاز است. همانطور که آزمایش ها نشان داده است، رنگدانه ها منابع رتینول هستند. سایه های صورتی و قرمز، تنوع رنگ های قهوه ای و آبی با حضور آنتوسیانین ها ایجاد می شود. چنین رنگدانه هایی در شیره سلولی گیاهی مشاهده می شود. وقتی در فصل سرد روزها کوتاه تر می شوند،رنگدانه ها با سایر ترکیبات موجود در بدن گیاه واکنش داده و باعث تغییر رنگ قسمت های سبز رنگ قبلی می شوند. شاخ و برگ درختان روشن و رنگارنگ می شود - همان پاییزی که به آن عادت کرده ایم.
مشهورترین
شاید تقریباً هر دانش آموز دبیرستانی در مورد کلروفیل، رنگدانه گیاهی لازم برای فتوسنتز، اطلاعات داشته باشد. با توجه به این ترکیب، نماینده ای از دنیای گیاهی می تواند نور خورشید را جذب کند. با این حال، در سیاره ما، نه تنها گیاهان نمی توانند بدون کلروفیل وجود داشته باشند. همانطور که مطالعات بیشتر نشان داده است، این ترکیب برای بشریت کاملاً ضروری است، زیرا محافظت طبیعی در برابر فرآیندهای سرطانی را فراهم می کند. ثابت شده است که رنگدانه مواد سرطان‌زا را مهار می‌کند و محافظت از DNA را در برابر جهش‌های تحت تأثیر ترکیبات سمی تضمین می‌کند.
کلروفیل رنگدانه سبز گیاهان است که از نظر شیمیایی یک مولکول را نشان می دهد. در کلروپلاست ها قرار دارد. به دلیل چنین مولکولی است که این مناطق سبز رنگ می شوند. در ساختار خود، مولکول یک حلقه پورفیرین است. به دلیل این ویژگی، رنگدانه شبیه هم است که یک عنصر ساختاری هموگلوبین است. تفاوت اصلی در اتم مرکزی است: در هم، آهن جای آن را می گیرد؛ برای کلروفیل، منیزیم مهم ترین است. دانشمندان برای اولین بار این واقعیت را در سال 1930 کشف کردند. این رویداد 15 سال پس از کشف این ماده توسط ویلستاتر رخ داد.
شیمی و زیست شناسی
ابتدا، دانشمندان دریافتند که رنگدانه سبز در گیاهان در دو نوع وجود دارد، که نام دو نوع داده شد.اولین حروف الفبای لاتین تفاوت بین انواع، اگرچه کوچک است، اما هنوز وجود دارد، و بیشتر در تجزیه و تحلیل زنجیره های جانبی قابل توجه است. برای نوع اول، CH3 نقش خود را ایفا می کند، برای نوع دوم - CHO. هر دو شکل کلروفیل متعلق به کلاس گیرنده های نور فعال هستند. با توجه به آنها، گیاه می تواند جزء انرژی تابش خورشیدی را جذب کند. پس از آن، سه نوع دیگر از کلروفیل شناسایی شد.
در علم، رنگدانه سبز موجود در گیاهان، کلروفیل نامیده می شود. با بررسی تفاوت بین دو نوع اصلی این مولکول ذاتی در پوشش گیاهی بالاتر، مشخص شد که طول موج هایی که می تواند توسط رنگدانه جذب شود برای انواع A و B تا حدودی متفاوت است. در واقع، به گفته دانشمندان، انواع به طور موثر مکمل هر یک هستند. دیگر، در نتیجه گیاه را قادر می سازد تا میزان انرژی مورد نیاز را به حداکثر برساند. به طور معمول، نوع اول کلروفیل معمولاً در غلظت سه برابر بیشتر از نوع دوم مشاهده می شود. آنها با هم یک رنگدانه گیاهی سبز را تشکیل می دهند. سه نوع دیگر فقط در اشکال باستانی پوشش گیاهی یافت می شود.
ویژگی های مولکول
با مطالعه ساختار رنگدانه های گیاهی، مشخص شد که هر دو نوع کلروفیل مولکول های محلول در چربی هستند. گونه های مصنوعی که در آزمایشگاه ها ایجاد می شوند در آب حل می شوند، اما جذب آنها در بدن تنها در صورت وجود ترکیبات چرب امکان پذیر است. گیاهان از رنگدانه برای تامین انرژی برای رشد استفاده می کنند. در رژیم غذایی افراد به منظور بهبودی استفاده می شود.
کلروفیل، مانندهموگلوبین می تواند به طور طبیعی عمل کند و در صورت اتصال به زنجیره های پروتئینی کربوهیدرات تولید کند. از نظر بصری، به نظر می رسد که پروتئین تشکیلاتی بدون سیستم و ساختار واضح است، اما در واقع درست است، و به همین دلیل است که کلروفیل می تواند موقعیت بهینه خود را به طور پایدار حفظ کند.
ویژگی های فعالیت
دانشمندان، با مطالعه این رنگدانه اصلی گیاهان عالی، دریافتند که در همه سبزی ها یافت می شود: این لیست شامل سبزیجات، جلبک ها، باکتری ها است. کلروفیل یک ترکیب کاملا طبیعی است. طبیعتاً دارای ویژگی های محافظ است و از تغییر شکل و جهش DNA تحت تأثیر ترکیبات سمی جلوگیری می کند. کار تحقیقاتی ویژه در باغ گیاه شناسی هند در موسسه تحقیقات سازماندهی شد. همانطور که دانشمندان کشف کرده اند، کلروفیل به دست آمده از گیاهان تازه می تواند از ترکیبات سمی، باکتری های پاتولوژیک محافظت کند و همچنین فعالیت التهاب را آرام کند.
کلروفیل عمر کوتاهی دارد. این مولکول ها بسیار شکننده هستند. پرتوهای خورشید منجر به مرگ رنگدانه می شود، اما برگ سبز می تواند مولکول های جدید و جدیدی تولید کند که جایگزین کسانی شود که به رفقای خود خدمت کرده اند. در فصل پاییز، دیگر کلروفیل تولید نمی شود، بنابراین شاخ و برگ رنگ خود را از دست می دهد. رنگدانه‌های دیگری که قبلاً از چشم ناظر خارجی پنهان شده بودند، ظاهر می‌شوند.
محدودیتی برای تنوع وجود ندارد
تنوع رنگدانه های گیاهی شناخته شده برای محققان مدرن بسیار زیاد است. از سال به سال، دانشمندان مولکول های جدید بیشتری کشف می کنند. نسبتاً اخیراً انجام شده استمطالعات امکان افزودن سه نوع دیگر را به دو نوع کلروفیل ذکر شده در بالا فراهم کرده است: C، C1، E. با این حال، نوع A همچنان مهمترین آنها در نظر گرفته می شود. اما کاروتنوئیدها یکنواخت هستند. متنوع تر این دسته از رنگدانه ها به خوبی برای علم شناخته شده است - به دلیل آنها است که ریشه های هویج، بسیاری از سبزیجات، مرکبات و سایر هدایای دنیای گیاهی سایه می گیرند. آزمایشات اضافی نشان داده است که پرهای قناری به دلیل وجود کاروتنوئیدها زرد است. به زرده تخم مرغ هم رنگ می دهند. به دلیل فراوانی کاروتنوئیدها، ساکنان آسیایی رنگ پوست خاصی دارند.
نه انسان و نه نمایندگان دنیای حیوانات دارای چنین ویژگی های بیوشیمی نیستند که اجازه تولید کاروتنوئیدها را بدهد. این مواد بر اساس ویتامین A ظاهر می شوند. این با مشاهدات روی رنگدانه های گیاهی ثابت می شود: اگر مرغ با غذا پوشش گیاهی نداشته باشد، زرده تخم مرغ سایه بسیار ضعیفی خواهد داشت. اگر قناری با مقدار زیادی غذای غنی شده با کاروتنوئیدهای قرمز تغذیه شده باشد، پرهای آن سایه روشن قرمز به خود می گیرند.
ویژگی های عجیب: کاروتنوئیدها
رنگدانه زرد موجود در گیاهان کاروتن نام دارد. دانشمندان دریافته‌اند که زانتوفیل‌ها رنگ قرمز ایجاد می‌کنند. تعداد نمایندگان این دو نوع شناخته شده برای جامعه علمی به طور مداوم در حال افزایش است. در سال 1947، دانشمندان حدود هفت دوجین کاروتنوئید را می‌شناختند و تا سال 1970 بیش از دویست نوع کاروتنوئید وجود داشت. تا حدودی، این شبیه پیشرفت دانش در زمینه فیزیک است: آنها ابتدا در مورد اتم ها، سپس الکترون ها و پروتون ها می دانستند و متعاقباً آشکار می شدند.حتی ذرات کوچکتر که برای تعیین آنها فقط از حروف استفاده می شود. آیا می توان در مورد ذرات بنیادی صحبت کرد؟ همانطور که آزمایش‌های فیزیکدانان نشان داده است، استفاده از چنین اصطلاحی خیلی زود است - علم هنوز در حدی توسعه نیافته است که امکان یافتن آنها وجود داشته باشد. وضعیت مشابهی در مورد رنگدانه ها ایجاد شده است - سال به سال گونه ها و گونه های جدیدی کشف می شوند و زیست شناسان فقط شگفت زده می شوند و قادر به توضیح طبیعت چند جانبه نیستند.
درباره توابع
دانشمندان درگیر در رنگدانه های گیاهان عالی هنوز نمی توانند توضیح دهند که چرا و چرا طبیعت چنین تنوع گسترده ای از مولکول های رنگدانه را فراهم کرده است. عملکرد برخی از گونه های فردی آشکار شده است. ثابت شده است که کاروتن برای اطمینان از ایمنی مولکول های کلروفیل از اکسیداسیون ضروری است. مکانیسم حفاظتی به دلیل ویژگی های اکسیژن منفرد است که در طی واکنش فتوسنتز به عنوان یک محصول اضافی تشکیل می شود. این ترکیب بسیار تهاجمی است.
یکی دیگر از ویژگی های رنگدانه زرد در سلول های گیاهی توانایی آن در افزایش فاصله طول موج مورد نیاز برای فرآیند فتوسنتز است. در حال حاضر، چنین عملکردی دقیقاً اثبات نشده است، اما تحقیقات زیادی انجام شده است که نشان می دهد اثبات نهایی این فرضیه دور از دسترس نیست. پرتوهایی که رنگدانه گیاه سبز نمی تواند جذب کند توسط مولکول های رنگدانه زرد جذب می شود. سپس انرژی برای تبدیل بیشتر به کلروفیل هدایت می شود.
رنگدانه: بسیار متفاوت
به جز برخیانواع کاروتنوئیدها، رنگدانه هایی به نام اورون ها، چالکون ها رنگ زرد دارند. ساختار شیمیایی آنها از بسیاری جهات شبیه به فلاون ها است. چنین رنگدانه هایی اغلب در طبیعت وجود ندارند. آنها در برگچه ها، گل آذین oxalis و snapdragons یافت شدند، آنها رنگ coreopsis را ارائه می دهند. چنین رنگدانه هایی دود تنباکو را تحمل نمی کنند. اگر گیاهی را با سیگار بخور دهید، بلافاصله قرمز می شود. سنتز بیولوژیکی که در سلول‌های گیاهی با مشارکت چالکون‌ها اتفاق می‌افتد منجر به تولید فلاونول‌ها، فلاون‌ها و اورون‌ها می‌شود.
هم حیوانات و هم گیاهان ملانین دارند. این رنگدانه رنگ قهوه ای به مو می دهد، به لطف آن است که فرها می توانند سیاه شوند. اگر سلول ها حاوی ملانین نباشند، نمایندگان دنیای حیوانات آلبینوس می شوند. در گیاهان، رنگدانه در پوست انگور قرمز و در برخی از گل آذین ها در گلبرگ ها یافت می شود.
آبی و بیشتر
پوشش گیاهی به لطف فیتوکروم رنگ آبی خود را به دست می آورد. این یک رنگدانه گیاهی پروتئینی است که مسئول کنترل گلدهی است. جوانه زنی بذر را تنظیم می کند. مشخص است که فیتوکروم می تواند گلدهی برخی از نمایندگان دنیای گیاهان را تسریع کند، در حالی که برخی دیگر روند معکوس کاهش سرعت را دارند. تا حدودی می توان آن را با یک ساعت مقایسه کرد، اما بیولوژیکی. در حال حاضر، دانشمندان هنوز تمام مشخصات مکانیزم عمل رنگدانه را نمی دانند. مشخص شد که ساختار این مولکول بر اساس زمان روز و نور تنظیم می شود و اطلاعات مربوط به سطح نور در محیط را به گیاه منتقل می کند.
رنگدانه آبی درگیاهان - آنتوسیانین. با این حال، انواع مختلفی وجود دارد. آنتوسیانین ها نه تنها رنگ آبی، بلکه صورتی نیز می دهند، آنها همچنین رنگ های قرمز و یاسی را توضیح می دهند، گاهی اوقات تیره و بنفش پر رنگ. تولید فعال آنتوسیانین ها در سلول های گیاهی زمانی مشاهده می شود که دمای محیط کاهش می یابد و تولید کلروفیل متوقف می شود. رنگ شاخ و برگ از سبز به قرمز، قرمز، آبی تغییر می کند. به لطف آنتوسیانین ها، گل های رز و خشخاش دارای گل های قرمز روشن هستند. همین رنگدانه سایه های گل آذین گل شمعدانی و ذرت را توضیح می دهد. به لطف تنوع آبی آنتوسیانین، زنگ آبی رنگ ظریف خود را دارد. انواع خاصی از این نوع رنگدانه در انگور، کلم قرمز مشاهده می شود. آنتوسیانین‌ها رنگ‌آمیزی آلو، آلوچه را فراهم می‌کنند.
روشن و تاریک
رنگدانه زرد معروف که دانشمندان آن را آنتوکلر نامیدند. در پوست گلبرگ پامچال یافت شد. آنتوکلر در گل پامچال، گل آذین قوچ یافت می شود. آنها سرشار از خشخاش از انواع زرد و گل محمدی هستند. این رنگدانه رنگ دلپذیری به گل آذین کتان وزغ، میوه های لیمو می دهد. در برخی گیاهان دیگر نیز شناسایی شده است.
Anthofein در طبیعت نسبتاً کمیاب است. این یک رنگدانه تیره است. به لطف او، لکه های خاصی روی تاج برخی از حبوبات ظاهر می شود.
همه رنگدانه های روشن توسط طبیعت برای رنگ آمیزی خاص نمایندگان دنیای گیاهان تصور می شوند. به لطف این رنگ، این گیاه پرندگان و حیوانات را جذب می کند. این امر پخش دانه ها را تضمین می کند.
درباره سلول ها و ساختار
تلاش برای تعییناینکه چقدر رنگ گیاهان به رنگدانه ها بستگی دارد، این مولکول ها چگونه چیده شده اند، چرا کل فرآیند رنگدانه ضروری است، دانشمندان کشف کرده اند که پلاستیدها در بدن گیاه وجود دارند. این نام به اجسام کوچکی است که ممکن است رنگی باشند، اما بی رنگ نیز هستند. چنین اجسام کوچکی فقط و منحصراً در بین نمایندگان دنیای گیاهان هستند. همه پلاستیدها به کلروپلاست هایی با رنگ سبز، کروموپلاست های رنگ آمیزی شده در انواع مختلف طیف قرمز (از جمله سایه های زرد و انتقالی) و لوکوپلست ها تقسیم شدند. دومی هیچ سایه ای ندارد.
به طور معمول، یک سلول گیاهی حاوی یک نوع پلاستید است. آزمایشات توانایی این اجسام را برای تبدیل از نوع به نوع نشان داده است. کلروپلاست ها در تمام اندام های گیاهی با رنگ سبز یافت می شوند. لکوپلاست ها اغلب در قسمت هایی که از اشعه های مستقیم خورشید پنهان هستند مشاهده می شوند. بسیاری از آنها در ریزوم ها وجود دارد، آنها در غده ها، ذرات غربال برخی از انواع گیاهان یافت می شوند. کروموپلاست ها برای گلبرگ ها، میوه های رسیده معمولی هستند. غشاهای تیلاکوئید از نظر کلروفیل و کاروتنوئیدها غنی می شوند. لوکوپلست ها حاوی مولکول های رنگدانه نیستند، اما می توانند مکانی برای فرآیندهای سنتز، تجمع ترکیبات مغذی - پروتئین ها، نشاسته، گاهی اوقات چربی ها باشند.
واکنش ها و تحولات
با مطالعه رنگدانه های فتوسنتزی گیاهان عالی، دانشمندان دریافتند که کروموپلاست ها به دلیل وجود کاروتنوئیدها قرمز رنگ می شوند. به طور کلی پذیرفته شده است که کروموپلاست ها آخرین مرحله در توسعه پلاستیدها هستند. آنها احتمالاً در هنگام تبدیل لکو-، کلروپلاست ها در هنگام افزایش سن ظاهر می شوند. تا حد زیادیوجود چنین مولکول هایی رنگ شاخ و برگ در پاییز و همچنین گل ها و میوه های روشن و چشم نواز را تعیین می کند. کاروتنوئیدها توسط جلبک ها، پلانکتون های گیاهی و گیاهان تولید می شوند. آنها می توانند توسط برخی از باکتری ها، قارچ ها تولید شوند. کاروتنوئیدها مسئول رنگ نمایندگان زنده دنیای گیاهان هستند. برخی از حیوانات دارای سیستم های بیوشیمی هستند که به دلیل آن کاروتنوئیدها به مولکول های دیگر تبدیل می شوند. ماده اولیه برای چنین واکنشی از غذا به دست می آید.
طبق مشاهدات فلامینگوهای صورتی، این پرندگان اسپیرولینا و برخی جلبک های دیگر را جمع آوری و فیلتر می کنند تا رنگدانه ای زرد به دست آورند که از آن کانتاگزانتین، آستاگزانتین ظاهر می شود. این مولکول ها هستند که به پرهای پرنده چنین رنگ زیبایی می بخشند. بسیاری از ماهی ها و پرندگان، خرچنگ ها و حشرات به دلیل کاروتنوئیدهایی که از رژیم غذایی به دست می آیند، رنگ روشنی دارند. بتاکاروتن به برخی ویتامین‌ها تبدیل می‌شود که برای منافع انسان استفاده می‌شوند - آنها از چشم در برابر اشعه ماوراء بنفش محافظت می‌کنند.
قرمز و سبز
در مورد رنگدانه های فتوسنتزی گیاهان عالی، باید توجه داشت که آنها می توانند فوتون های امواج نور را جذب کنند. ذکر شده است که این فقط برای بخشی از طیف قابل مشاهده برای چشم انسان، یعنی برای طول موج در محدوده 400-700 نانومتر اعمال می شود. ذرات گیاه فقط کوانتومایی را می توانند جذب کنند که دارای ذخایر انرژی کافی برای واکنش فتوسنتز باشند. مسئولیت جذب فقط بر عهده رنگدانه ها است. دانشمندان قدیمی ترین اشکال حیات در دنیای گیاهان - باکتری ها، جلبک ها را مورد مطالعه قرار داده اند.مشخص شده است که آنها حاوی ترکیبات مختلفی هستند که می توانند نور را در طیف مرئی بپذیرند. برخی از انواع می توانند امواج نوری تابشی را دریافت کنند که توسط چشم انسان درک نمی شود - از یک بلوک نزدیک به مادون قرمز. علاوه بر کلروفیل ها، چنین عملکردی توسط طبیعت به باکتریورودوپسین، باکتریوکلروفیل ها اختصاص داده شده است. مطالعات اهمیت واکنش های سنتز فیکوبیلین ها، کاروتنوئیدها را نشان داده اند.
تنوع رنگدانه های فتوسنتزی گیاهی از گروهی به گروه دیگر متفاوت است. خیلی چیزها توسط شرایطی که شکل زندگی در آن زندگی می کند تعیین می شود. نمایندگان دنیای گیاهان عالی تنوع رنگدانه های کمتری نسبت به گونه های باستانی تکاملی دارند.
درباره چیست؟
با مطالعه رنگدانه های فتوسنتزی گیاهان، دریافتیم که اشکال گیاهی بالاتر تنها دو نوع کلروفیل دارند (که قبلاً A، B ذکر شد). هر دوی این انواع پورفیرین هایی هستند که دارای اتم منیزیم هستند. آنها عمدتاً در مجتمع‌های برداشت نور قرار می‌گیرند که انرژی نور را جذب کرده و آن را به مراکز واکنش هدایت می‌کنند. مراکز حاوی درصد نسبتا کمی از کل کلروفیل نوع 1 موجود در گیاه هستند. در اینجا فعل و انفعالات اولیه مشخصه فتوسنتز رخ می دهد. کلروفیل با کاروتنوئیدها همراه است: همانطور که دانشمندان دریافته اند، معمولاً پنج نوع از آنها وجود دارد، نه بیشتر. این عناصر همچنین نور را جمع آوری می کنند.
کلروفیل ها، کاروتنوئیدها در حال حل شدن، رنگدانه های گیاهی هستند که نوارهای جذب نور باریکی دارند که کاملاً از یکدیگر فاصله دارند. کلروفیل این توانایی را دارد که به بهترین شکل ممکن انجام شودامواج آبی را جذب می کنند، آنها می توانند با امواج قرمز کار کنند، اما نور سبز را بسیار ضعیف جذب می کنند. گسترش و همپوشانی طیف توسط کلروپلاست های جدا شده از برگ های گیاه بدون مشکل زیاد فراهم می شود. غشاهای کلروپلاست با محلول ها متفاوت هستند، زیرا اجزای رنگ آمیزی با پروتئین ها، چربی ها ترکیب می شوند، با یکدیگر واکنش نشان می دهند و انرژی بین جمع کننده ها و مراکز تجمع مهاجرت می کند. اگر طیف جذب نور یک برگ را در نظر بگیریم، معلوم می‌شود که حتی پیچیده‌تر و صاف‌تر از یک کلروپلاست است.
بازتاب و جذب
با مطالعه رنگدانه های یک برگ گیاه، دانشمندان دریافتند که درصد معینی از نوری که به برگ می خورد منعکس می شود. این پدیده به دو نوع تقسیم شد: آینه ای، پراکنده. آنها در مورد اول می گویند اگر سطح براق، صاف است. انعکاس ورق عمدتاً توسط نوع دوم تشکیل می شود. نور به ضخامت نفوذ می کند، پراکنده می شود، تغییر جهت می دهد، زیرا هم در لایه بیرونی و هم در داخل ورق سطوح جداکننده با ضریب شکست متفاوت وجود دارد. اثرات مشابهی در هنگام عبور نور از سلول ها مشاهده می شود. هیچ جذب قوی وجود ندارد، مسیر نوری بسیار بیشتر از ضخامت ورق است که به صورت هندسی اندازه گیری می شود و ورق قادر است نور بیشتری را نسبت به رنگدانه استخراج شده از آن جذب کند. همچنین برگ‌ها انرژی بسیار بیشتری نسبت به کلروپلاست‌ها جذب می‌کنند.
به دلیل وجود رنگدانه های مختلف گیاهی - به ترتیب قرمز، سبز و غیره - پدیده جذب ناهموار است. ورق قادر به درک نور با طول موج های مختلف است، اما کارایی فرآیند عالی است.بیشترین ظرفیت جذب شاخ و برگ سبز در بلوک بنفش طیف، قرمز، آبی و آبی ذاتی است. قدرت جذب عملاً با غلظت کلروفیل ها تعیین نمی شود. این به دلیل این واقعیت است که رسانه دارای قدرت پراکندگی بالایی است. اگر رنگدانه ها در غلظت بالا مشاهده شوند، جذب در نزدیکی سطح اتفاق می افتد.
