Значение пигментов в жизни растений. Клематис piilu описание

Леонтьев Юрий

Кто не восхищался красками цветущего луга, лесной опушки, осенней листвы, даров сада и полей? Но далеко не всем известно, откуда у природы такая богатая палитра цветов. Всей этой красотой обязаны мы специальным красящим веществам – пигментам, которых в растительном мире известно около 2 тысяч.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Введение	2 стр.
Растительные пигменты: Пластиды: Хлоропласты Хромопласты Лейкопласты Пигменты пластид: Хлорофиллы Каротиноиды Фикобилинпротеиды	4 стр.
Использование растительных пигментов человеком.	14 стр.
Практическая работа.	19 стр.
Вывод.	25 стр.
Литература.	27 стр.

Введение.

Неповторим и загадочен мир растений. Как часто он задаёт нам вопросы, на которые, казалось бы, невозможно найти ответ. Но стоит внимательнее присмотреться, задуматься, проявить любознательность и трудолюбие – и тайна зелёного друга перестанет быть тайной. Жизнь растения раскроется во всей сложности, гармонии, красоте.

Цвет вещества, в том числе и пигмента, определяется его способностью к поглощению света. Если свет, падающий на вещество или орган растения, равномерно отражается, они выглядят белыми. Если же все лучи поглощаются, объект воспринимается как чёрный. Если вещество поглощает только отдельные участки видимой части солнечного спектра, оно приобретает определённую окраску.

В растительных клетках чаще всего встречаются зелёные пигменты - хлорофиллы, жёлто – оранжевые каротиноиды, красные и синие антоцианы, жёлтые флавоны и флавонолы.

Цель моей работы – познакомиться с многообразием растительных пигментов, их значением в жизни растений и человека.

Задачи работы :

Изучить научную литературу по данной теме
Определить основные физические характеристики растительных пигментов (состав, структуру, свойства)
Изучить значение природных красителей для растений и человека.
Сделать выводы

Методы исследования:

Изучение теоретического материала для дальнейшей разработки и изучения данной проблематики
Эксперимент
Наблюдения за ростом и развитием растений
Фотоотчёт
Обработка полученных результатов

Тип проекта : исследовательский, долгосрочный, межпредметный, индивидуальный.

Формы представления результатов проекта : доклад по теме исследования, компьютерная презентация.

I. Растительные пигменты.

Пигменты - красящие вещества, придающие цвет растениям. Растительные пигменты – это крупные органические молекулы, имеющие группировки, ответственные за поглощение света. Для этих группировок характерно наличие цепочки чередующихся простых и двойных связей (-С=С-С=С-). Кроме того, поглощение света усиливается при наличии в молекуле кольцевых структур.

Пигменты Пигменты , связанные с белками и липидами, входят в структуру биологических мембран. У многих видов животных и растений существуют специализированные пигментные клетки или хроматофоры.

Схема 1. Растительные пигменты.

1). Пластиды.

Пластиды характерны только для растений. Они не найдены у грибов и у большинства животных, исключая некоторых фотосинтезирующих простейших.

Предшественниками пластид являются пропластиды , мелкие обычно бесцветные образования, находящиеся в делящихся клетках корней и побегов. Если развитие пропластид в более дифференцированные структуры задерживается из-за отсутствия света, в них может появиться одно или несколько проламеллярных телец (скопления трубчатых мембран). Такие бесцветные пластиды называются этиопластами. Этиопласты превращаются в хлоропласты на свету, а из мембран проламеллярных телец формируются тилакоиды. В зависимости от окраски, связанной с наличием или отсутствием тех или иных пигментов, различают три основных типа пластид: хлоропласты (зелёного цвета), хромопласты лейкопласты (бесцветные). Обычно в клетке встречаются пластиды только одного типа. Однако установлено, что одни типы пластид могут переходить в другие.

Пластиды – относительно крупные образования клетки. Самые большие из них – хлоропласты – достигают у высших растений 4-10 мкм длины и хорошо различимы в световой микроскоп. Форма окрашенных пластид чаще всего линзовидная или эллиптическая. В клетках встречаются, как правило, несколько десятков пластид, но у водорослей, где пластиды нередко крупны и разнообразны по форме, число их иногда невелико (1-5). Такие пластиды называются хроматофорами . Лейкопласты и хромопласты могут иметь различную форму.

а). Хлоропласты.

Хлоропласты встречаются во всех зелёных органах растений. Строение пластид может быть рассмотрено на примере хлоропластов (рис. 3). Они имеют оболочку, образованную двумя мембранами: наружной и внутренней. Внутренняя мембрана вдаётся в полость хлоропласта немногочисленными выростами. Мембранная оболочка отграничивает от гиалоплазмы клетки матрикс хлоропласта, так называемую строму . Как строма, так и выросты внутренней мембраны формируют в полости хлоропласта сложную систему мембранных поверхностей, ограничивающих особые плоские мешки, называемые тилакоидами или ламеллами . Группы дисковидных тилакоидов связаны друг с другом таким образом, что их полости оказываются непрерывными. Эти тилакоиды образуют стопки (наподобие стопки монет), или граны. В строме хлоропластов содержатся ферменты и рибосомы, отличающиеся от рибосом цитоплазмы меньшими размерами. Часто имеются один или несколько небольших зёрен первичного крахмала. Генетический аппарат хлоропластов автономен, они содержат собственную ДНК.

Основная функция хлоропластов – фотосинтез. Центральная роль в этом процессе принадлежит хлорофиллу, точнее – нескольким его модификациям. Световые реакции фотосинтеза осуществляются в гранах, темновые – в строме хлоропласта.

Хлоропласты способны синтезировать собственные белковые молекулы, так как обладают собственной ДНК.

Рис.3 Схема строения хлоропласта в объёмном изображении (А) и на срезе (Б):

1 – наружная мембрана, 2 – внутренняя мембрана, 3 – строма,

4 – грана, 5 – тилакоид граны, 6 – тилакоид стромы, 7 – нить

пластидной ДНК, 8 – рибосомы хлоропласта (отличающиеся от

цитоплазматических рибосом), 9 – гранулы крахмала

Помимо фотосинтеза, в хлоропластах осуществляется синтез АТФ и АДФ (фосфорилирование), синтез и гидролиз липидов, крахмала и белков, откладывающихся в строме.

б). Хромопласты.

Хромопласты содержаться в клетках лепестков многих растений, зрелых окрашенных плодах (томаты, шиповник, рябина), иногда – в корнеплодах (морковь). Внутренняя структура хромопластов проще структуры хлоропластов. Граны в них отсутствуют. Красноватая или оранжевая окраска хромопластов связана с присутствием в них каротиноидов. Считается, что хромопласты – конечный этап в развитии пластид, т.е. это стареющие хлоропласты и лейкопласты. Наличие хромопластов частично определяет яркую окраску многих цветков, плодов и осенних листьев.

в). Лейкопласты.

Внутренняя структура лейкопластов проще структуры хлоропластов, в них отсутствуют граны. В лейкопластах пигменты отсутствуют, но здесь может осуществляться синтез и накопление запасных питательных веществ, в первую очередь крахмала, иногда белков и жиров. Очень часто в лейкопластах формируются зёрна вторичного запасного крахмала.

2). Пигменты пластид.

хлорофиллы, каротиноиды и фикобилинпротеи. Все они входят в состав пигментных систем в виде хромопротеидов, т.е. пигмент – белковых комплексов. Основное назначение пигментов – поглощать световую энергию (рис. 5), превращая её затем в химическую энергию. Пигменты располагаются на мембранах хлоропластов (тилакоидах), а хлоропласты в клетке обычно ориентируются таким образом, чтобы мембраны находились под прямым углом к источнику света (для максимального поглощения света).

а). Хлорофиллы.

Хлорофиллы поглощают в основном красный и сине-фиолетовый свет, зелёный свет ими отражается, что и придаёт растениям специфическую зелёную окраску, если она не маскируется другими пигментами. В основе строения хлорофиллов лежит Mg – порфириновый скелет.

В состав молекулы хлорофилла (рис. 8) входит плоская голова, поглощающая свет, в центре которой расположен атом магния. Этим можно объяснить, почему дефицит магния приводит к уменьшению образования хлорофилла и пожелтению листьев растения. Молекула хлорофилла включает в себя ещё и длинный гидрофобный (отталкивающий воду) углеводородный хвост. Внутренние мембраны также гидрофобны, поэтому хвосты «забрасываются» внутрь тилакоидных мембран и служат своеобразным якорем. Гидрофильные головы располагаются в плоскости мембранных поверхностей подобно солнечным батареям. У различных хлорофиллов к головам прикреплены различные боковые цепи, что приводит к изменению их спектров поглощения, увеличивая диапазон длин волн поглощаемого света.

Кроме того, имеются различные заместители, например дитерпеновый спирт фитол, придающие молекуле хлорофилла способность встраиваться в липидный слой биологических мембран.

б). Каротиноиды.

Каротиноиды – жёлтые, оранжевые, красные или коричневые пигменты, синтезируемые растениями (а также бактериями и грибами), не растворимы в воде, сильно поглощающие в сине-фиолетовой области. Каротиноиды отчасти выполняют роль дополнительных фотосинтезирующих пигментов, но при этом могут осуществлять и другие функции, с фотосинтезом не связанные. Они называются вспомогательными пигментами, потому что поглощённую ими световую энергию они переносят на хлорофилл. В спектре поглощения каротиноидов обнаруживается три пика в сине-фиолетовой области. Помимо своей функции как вспомогательных пигментов каротиноиды защищают хлорофиллы от избытка света и от окисления кислородом, образующимся в процессе фотосинтеза. Они хорошо замаскированы зелёными хлорофиллами, но становятся видны в листьях до начала листопада, поскольку хлорофиллы разрушаются первыми. Каротиноиды обнаружены в некоторых цветках и фруктах, у которых яркая окраска привлекает насекомых, птиц и млекопитающих, тем самым обеспечивая успешное опыление и распространение семян; к примеру, красный цвет кожицы у томатов обусловлен наличием в ней каротинов. К каротиноидам относятся широко распространённые каротины и ксантофиллы. По химической природе это изопреноидные углеводороды, содержащие 40 углеродных атомов (рис.9). Ксантофиллы – окисленные каротины. Особенно богаты каротинами зелёные листья некоторых растений (например, шпината), корнеплоды моркови, плоды шиповника, смородины, томата и др. У растений каротиноиды представлены главным образом физиологически наиболее активным b – каротином. Каротины наряду с ксантофиллами нередко обуславливают окраску тех или иных организмов. Например, окраска пурпурных бактерий объясняется наличием ксантофиллов.

Каротиноиды, подобно хлорофиллам, очень слабо связаны с белками, они легко извлекаются из растений и используются в качестве лекарственных средств и красителей.

в). Фикобилипротеиды.

Фикобилинпротеиды характерны для хлоропластов, цианобактерий, багрянок и криптофитовых водорослей. Они, как и каротиноиды, участвуют в фотосинтезе, доставляя поглощённую энергию света к молекулам хлорофилла. Фикобилины – стойкие пигмент-белковые комплексы, хорошо растворимые в воде. В их основе лежат хромофорные группы, близкие к

желчным пигментам. Известны два типа фикобилинпротеидов: синие фикоцианины и красные фикоэритрины (рис.10).

II. Использование растительных пигментов человеком.

Краски вообще щедро распределены в природе, как в животном, так и в растительном царстве. Краски в растениях находятся или в готовом состоянии, или в виде промежуточных бесцветных веществ, так называемых "хромогенов", только под влиянием тех или других факторов превращающихся в краски. Только в очень редких случаях краска в растении распределена совершенно равномерно во всех его частях; большей частью пигмент сосредоточивается или в той, или в другой его части. В дело идут иногда: корни (марена, альканна, куркума и др.), древесина (так наз. "деревянные краски": кампеш, фернамбук, сандал, желтое, физетовое дерево и др.), кора (кверцитрон, ло-као, каштан и др.), листья (сумах, датис, некоторые виды пальм и др.), цветки (сафлор, шафран и др.), плоды (грушка, орлеан, бабла и др.), растительный сок (индиго, кашу, алоэ), целые растения (вайда, вау), лишаи (орсейль, лакмус, кудбир), смолы (драконова кровь, лак-дэй и др.).

Весьма замечательно, что в природе синих пигментов, а также и желтых встречается очень много и весьма разнообразного состава, красных - значительно меньше. Хороших зеленых красок немного; распространенный в природе хлорофилл употребляется лишь в сравнительно ограниченных количествах для подкраски жирных масел. С распространением искусственных пигментов естественные растительные краски употребляются все в меньших количествах. Чрезвычайно редко растительные краски употребляются в дело непосредственно в виде измельченного сырья; большей же частью это сырье подвергается той или другой обработке и уже только затем употребляется для окрашивания.

Естественные растительные краски:

	Куркума, карри, лепестки цветков календулы
	Экстракт семян аннато, морковный сок, нерафинированной пальмовое масло – со временем выцветает
	Порошок паприки (также в виде масляной вытяжки – для тех, кто предпочитает «гладкое» мыло)
	Алканна – окраска меняется в зависимости от ph-значения мыла; растительный пигмент «можжевельник»
	Шалфей, петрушка, листки пачули, шпинат
	Красный чай из сандалового дерева и/или красный порошок сандалового дерева – получается теплый красно-коричневый
	Корица, молоко, мед, а также большинство ароматных масел ванили
	Порошок какао, шоколад, кофе, лечебная глина и т.д.

Ликопин - красный каротиноид, содержащийся в томатах и арбузах, предупреждает рак кожи, защищает от солнечных ожогов.

Длительное исследование более ста тысяч мужчин и женщин в США показало, что риск хронических болезней, особенно сердечно-сосудистых, значительно снижен у тех, кто ест больше "цветных" овощей и фруктов. Особенно эффективны оказались зеленые листовые овощи - салаты и шпинат. В подобном финском исследовании людей среднего возраста как самые полезные для сердца выделены ягоды. В Австралии три десятка мужчин на протяжении полутора месяцев получали утром экстракт пигментов из фруктов, а вечером - из овощей. Состояние сердца и сосудов у участников опыта значительно улучшилось по сравнению с мужчинами, которые питались точно так же, но не получали экстрактов.

Джон Фолтс из Висконсинского университета (США) обнаружил, что экстракты флавоноидов из темной кожицы и косточек красных и черных сортов винограда понижают у собак и людей слипаемость тромбоцитов, уменьшая сворачиваемость крови и тем самым риск появления тромбов. Наиболее эффективны оба экстракта вместе. Сейчас группа Фолтса изучает возможность выпуска таких экстрактов в таблетках как биоактивной добавки для тех, кто не хочет или не может пить красное вино.

Еще более эффективен в этом отношении сок граната. Как показали исследования, проведенные в Медицинском центре Хайфы (Израиль), ежедневный прием 50 миллилитров сока граната на протяжении от года до трех лет позволяет снизить кровяное давление у пациентов с сужением каротидных артерий на 20 процентов.

Пока не ясно почему, но флавоноиды могут противостоять также ожирению и диабету. По некоторым данным, они подавляют гены, ответственные за развитие болезней, и облегчают обмен жизненно важными сигналами между клетками.

Растительные пигменты могут подавлять воспаление. Несколько лет назад обнаружено, что по противовоспалительному действию шесть темно-красных вишен равны одной таблетке аспирина. И, разумеется, вишни не имеют побочных действий, свойственных аспирину, иногда весьма опасных.

Большинство исследователей флавоноидов согласны с тем, что эти вещества лучше получать из натуральных продуктов, а не в виде концентрированных экстрактов и биодобавок. Более того, мощные дозы флавоноидов, принимаемые по принципу "хорошего много не бывает", как показали некоторые исследования, могут вредить. Так, излишек бета-каротина может способствовать развитию рака кожи под действием ультрафиолетовых лучей Солнца. Кроме того, нередко бывают важны и другие вещества, сопровождающие растительные пигменты в натуральных овощах и фруктах.

Не каждый может себе позволить весь год есть ягоды или пить гранатовый сок. Поэтому многие селекционеры мира в последние годы работают над выведением самых обычных сельскохозяйственных культур с повышенным содержанием флавоноидов. Самый известный пример - полученный с помощью генной инженерии немецкими и швейцарскими генетиками золотой рис, обогащенный каротином (населению развивающихся стран, питающемуся в основном рисом, часто не хватает витамина А). В Корнельском университете (США) работают над пшеницей, обогащенной каротином. В лабораториях Министерства сельского хозяйства США выведены огурцы с каротином, имеющие желто-оранжевый цвет. Там же получен сорт моркови, в котором на 75 процентов больше каротина, чем в известных сортах. В Висконсине (США) получен сорт свеклы с повышенным содержанием красного пигмента. В разных странах выведены разноцветные сорта картофеля, обладающие целебными свойствами.

Привычная нам оранжевая морковь - плод (точнее, корнеплод) освободительной "оранжевой" революции,

прошедшей в 1566-1609 годах на территории современных Нидерландов. Местные овощеводы, движимые патриотическими чувствами, подобрали семена от мутантных экземпляров и вывели морковь геральдического цвета Оранской династии. Современные селекционеры получили сорта от белых до почти черных (рис.11).

Основываясь на диких разновидностях картофеля из Анд, американские селекционеры вывели цветные сорта, более вкусные и полезные, чем обычный белый, желтоватый или розоватый на срезе картофель (рис.12). В Германии выведен сорт картофеля, содержащий в 130 раз больше каротина, чем обычные сорта, и спорящий по этому показателю с морковью.

III. Практическая работа.

1.Получение хлорофилльной вытяжки.

Основное оборудование: спиртовка, спички, штатив, держатель для пробирок, пробирки, спирт, растение (листок аспидистра).

Примечание: растение, за несколько дней до проведения опыта, следует поместить в условия интенсивного освещения.

Ход работы:

Поместить в пробирку свёрнутый в трубочку лист зелёного растения.
Налить в пробирку спирт (примерно на1/2-1/3 пробирки).
Закрепить пробирку в держателе.
Медленно нагревать над огнём спиртовки, не доводя спирт до кипения и соблюдая все правила техники безопасности.
Поставить пробирку в штатив.
Через 1-2 минуты вынуть из неё лист.
Рассмотреть лист и содержимое пробирки.
Записать результаты.

Нагреваю листок со спиртом в пробирке, получаем хлорофилловую вытяжку.

2.В результате нагревания лист потерял зелёную окраску.

3.Спирт окрасился в ярко-зелёный цвет, т.к. из листка выделился хлорофилл

Вывод: При кипении хлорофилл выделяется в спирт, спирт окрашивается в зелёный цвет, лист теряет свою окраску.

2.Исчезновение зелёной окраски хлорофилльной вытяжки.

Дополнительное оборудование: растворы соляной кислоты (HCl) и щёлочи (NAOH).

Ход работы:

Прилить раствор HCI к хлорофилльной вытяжке, смешать палочкой.

Прилит раствор HCl к хлорофилльной вытяжке. Содержимое пробирки окрасилось в бурый цвет, т.е. образовался феофитин.

Вывод:

Так как зелёный цвет хлорофилла определяется наличием в нём Mg ,то Cl соединяется с Mg и образуется соль. Такого рода реакции могут происходить в природе. Например, при попадании кислотных дождей на зелёные растения, у растений нарушается процесс фотосинтеза, пропадает зелёная окраска, которая восстановлению не подлежит.

красный

пурпурный

фиолетовый

синий

сине-зеленый

зелено-желтый

Из сока красного салата можно сделать лакмусовые бумажки. Для этого вам понадобится фильтровальная бумага. Ее надо пропитать капустным соком и дать ей высохнуть. После этого разрезать на тонкие полоски. Лакмусовые бумажки готовы.

Ниже приводятся значения PH для некоторых жидкостей:

1. Желудочный сок - 1.0-2.0 ph
2. Лимонный сок - 2.0 ph
3. Пищевой уксус - 2.4 ph
4. Кока-кола - 3.0 ph
5. Яблочный сок - 3.0 ph
6. Пиво - 4.5 ph

7. Кофе - 5.0 ph
8. Шампунь - 5.5 ph
9. Чай - 5.5 ph
10. Слюна - 6.35-6.85 ph
11. Молоко - 6.6-6.9 ph
12. Чистая вода - 7.0 ph
13. Кровь - 7.36-7.44 ph
14. Морская вода - 8.0 ph
15. Раствор пищевой соды - 8.5 ph
16. Мыло (жировое) для рук - 9.0-10.00 ph
17. Нашатырнай спирт - 11.5 ph
18. Отбеливатель (хлорная известь) - 12.5 ph
19. Каустическая сода или натриевая щелочь > 13 ph

Вывод.

Цветовое многообразие растительного мира обязано пигментам. Пигменты - красящие вещества, придающие цвет растениям. Растительные пигменты – это крупные органические молекулы, имеющие группировки, ответственные за поглощение света. В растительных клетках содержатся растительные пигменты, такие как хлорофилл (a,b,c,d), каротиноиды, к которым относятся каротины и ксантофиллы, фикобилинпротеиды. Пигменты находятся чаще в тех или иных структурных образованиях клетки, реже - в жидкостях организма в растворённом состоянии. Так, хлорофилл сосредоточен в хлоропластах, каротиноиды - в хромо - и хлоропластах, гемоглобин - в эритроцитах, флавоноиды - в клеточном соке растений.

Пластиды – относительно крупные образования клетки. различают три основных типа пластид: хлоропласты (зелёного цвета), хромопласты (жёлтого, оранжевого или красного цвета) и лейкопласты (бесцветные). Обычно в клетке встречаются пластиды только одного типа. Хлоропласты встречаются во всех зелёных органах растений. Основная функция хлоропластов – фотосинтез. Хромопласты содержаться в клетках лепестков многих растений, зрелых окрашенных плодах (томаты, шиповник, рябина), иногда – в корнеплодах (морковь). Красноватая или оранжевая окраска хромопластов связана с присутствием в них каротиноидов. В лейкопластах пигменты отсутствуют, но здесь может осуществляться синтез и накопление запасных питательных веществ.

Пигменты, локализующиеся в пластидах и участвующие в процессах фотосинтеза, принадлежат к трём классам. Это хлорофиллы, каротиноиды и фикобилинпротеиды. Основное назначение пигментов – поглощать световую энергию, превращая её затем в химическую энергию. Хлорофиллы поглощают в основном красный и сине-фиолетовый свет, зелёный свет ими отражается, что и придаёт растениям специфическую зелёную окраску. Каротиноиды – жёлтые, оранжевые, красные или коричневые пигменты, синтезируемые растениями (а также бактериями и грибами), сильно поглощающие в сине-фиолетовой области. Они называются вспомогательными пигментами, потому что поглощённую ими световую энергию они переносят на хлорофилл. Каротиноиды используются в качестве лекарственных средств и красителей. Фикобилинпротеиды, как и каротиноиды, участвуют в фотосинтезе, доставляя поглощённую энергию света к молекулам хлорофилла. Известны два типа фикобилинпротеидов: синие фикоцианины и красные фикоэритрины.

У высших растений имеется три группы пигментов: хлорофиллы, каротиноиды и фикобилины.

Основными пигментами, осуществляющими поглощение квантов света в процессе фотосинтеза, являются хлорофиллы, пигменты, содержащие Mg-порфириновый комплекс. Обнаружено несколько форм хлорофиллов, различающихся по химическому строению. Спектр поглощения различных форм хлорофиллов охватывает видимую, ближнюю ультрафиолетовую и ближнюю инфракрасную области спектра (у высших растений от 350 до 700 нм, а у бактерий - от 350 до 900 нм). Хлорофилл а является основным пигментом и характерен для всех организмов, осуществляющих фотосинтез с выделением кислорода (рис 6.5).

У фотосинтезирующих организмов кроме хлорофилла a имеются хлорофиллы b , с и d , которые расширяют спектр поглощения света.

Рис. 6.5 . Строение хлорофилла а

В поглощении световой энергии участвуют каротиноиды (пигменты полиизопреноидной природы) - у фотосинтезирующих эукариот, и фикобилины (пигменты с открытой тетрапиррольной структурой) - у цианобактерий и красных водорослей.

В клетке молекулы хлорофилла вместе с другими пигментами, участвующими в процессах поглощения квантов света и передачи энергии, образуют светособирающие хлорофилл-белковые комплексы (ССК). Молекулы ССК имеют максимум поглощения при разной длине волны и расположены от пигмента с максимумом поглощения при меньшей длине волны к пигменту с большей.

Важнейшим структурно-функциональным звеном фотосинтетического аппарата является фотосистема - совокупность ССК, фотохимического реакционного центра и переносчиков электрона.

В процессе фотосинтеза у растений принимают участие две фотосистемы.

Фотосистема I включает светособирающий комплекс и фотохимический реакционный центр I, в состав которого входит димер хлорофилла, поглощающий свет с длиной волны 700 нм (П700).

Фотосистема II включает светособирающий комплекс и фотохимический реакционный центр II, в состав которого входит димер хлорофилла, поглощающий свет с длиной волны 680 нм (П680).

Свет поглощается двумя фотосистемами раздельно, и нормальное осуществление фотосинтеза требует их одновременного участия.

Световая фаза фотосинтеза

Фотосинтез начинается с поглощения квантов света молекулами хлорофилла и другими связанными с ним пигментами. Энергия поглощенных квантов света стекается от сотен молекул пигментов ССК к молекуле пигмента П700 (Е 0 = + 0,43В), которая переходит в возбужденное состояние (Е 0 = ‒ 0,80 В) и легко отдает электрон первичному акцептору (фотохимическая реакция). Электрон с первичного акцептора, которым является мономерная форма хлорофилла а , передается на филлохинон (витамин К) – вторичный акцептор и затем на железосерные белки. Следующим переносчиком является железосодержащий белок ферредоксин (Е 0 = ‒ 0,43В). Ферредоксин содержит два атома железа в негеминовой форме. От ферредоксина электрон переносится на НАДФ (Е 0 = ‒ 0,32В). Этот перенос осуществляется с помощью специфического белка-фермента (ферредоксин-НАДФ-редуктазы), коферментом которого является ФАД.

Последовательность расположения переносчиков определяется величиной окислительно-восстановительного потенциала: электроны спонтанно текут в сторону менее отрицательного окислительно-восстановительного потенциала (рис. 6.6).

Рис 6.6. Электрон-транспортная цепь в мембране тилакоида

Отдав электрон, П700 остается в виде ионизированной молекулы. При этом потенциал П700становится снова + 0,43 В (основное состояние). Благодаря этому он является прекрасным акцептором электронов. Источником электрона, заполняющего эту «дырку», является фотосистема II. Она ответственна за реакции, связанные с разложением воды и выделением кислорода.

В состав реакционного центра фотосистемы II входит хлорофилл а , поглощающий свет с длиной волны 680 нм (П680). Под влиянием поглощенного кванта света возбужденный электрон от П680 (Е 0 = ‒ 0,7 В) воспринимается первичным акцептором, которым является молекула феофитина. Затем электрон передается на пластохиноны, переносящие как электроны, так и протоны. От пластохинона электроны поступают на b/f-комплекс и передаются через железосерный белок на цитохром. Цитохром относится к группе цитохромов с (Е 0 = +0 ,36 В). Воспринимая электрон, цитохром восстанавливается: Fe 3+ + е - -> Fe 2+ . Следующий переносчик - пластоцианин - это медьсодержащий белок, в котором на каждую молекулу белка приходится два атома меди (Е 0 = + 0,37 В), осуществляющих электронный транспорт: Cu 2+ + е - -> Сu + . Пластоцианин выполняет роль связующего звена между b/f-комплексом и фотосистемой I. От пластоцианина электрон заполняет электронную «дырку» у П700.

Заполнение электронной вакансии в молекуле П680 происходит за счёт воды. В состав фотосистемы II входит водоокисляющий комплекс , содержащий в активном центре ионы марганца в количестве 4 штук. Для образования одной молекулы кислорода требуется две молекулы воды, дающие 4 электрона. Поэтому процесс проводится в 4 такта и для его полного осуществления требуется 4 кванта света. Водоокисляющий комплекс находится со стороны внутритилакоидного пространства, и полученные 4 протона выбрасываются внутрь тилакоида.

2Мn 4+ + 2Н 2 0 -> 2Мn 2+ + 4Н + + 4е - + 0 2

Таким образом, в результате работы фотосистемы II происходит окисление 2 молекул воды с помощью 4 квантов света с образованием 4 протонов во внутритилакоидном пространстве. Протоны внутрь тилакоида перекачиваются также через b/f-комплекс за счет энергии, которая выделяется в окислительно-восстановительной реакции при транспорте электронов. В результате на мембране тилакоида создается электрохимический потенциал, который является промежуточной формой запасания энергии и используется для синтеза АТФ протонной АТФ-синтазой.

Помимо полного нециклического пути переноса электрона, описанного выше, может протекать и циклический путь. В этом случае ферредоксин вместо НАДФ + восстанавливает пластохинон, который переносит электрон назад на b/f-комплекс. В результате образуется бóльший протонный градиент и больше АТФ, но не восстанавливается НАДФ + .

Темновая фаза фотосинтеза протекает в строме и не является светозависимой.

С3-фотосинтез (цикл Кальвина, восстановительный пентозофосфатный цикл) состоит из трёх стадий (рис. 6.7):

карбоксилирование;

восстановление;

регенерация акцептора CO 2 .

Рис. 6.7. Цикл Кальвина

На первой стадии к рибулозо-1,5-бисфосфату присоединяется CO 2 под действием фермента рибулозобисфосфаткарбоксилазы.. Этот белок составляет основную фракцию белков хлоропласта и является наиболее распространённым ферментом в природе. В результате образуется промежуточное неустойчивое соединение (С 6), распадающееся на две молекулы 3-фосфоглицериновой кислоты (ФГК), которая является первичным продуктом фотосинтеза.

Во второй стадии ФГК фосфорилируется и восстанавливается с образованием глицеральдегид-3-фосфата (ФГА).

В третьей стадии участвуют 5 молекул ФГА, которые через образование 4-, 5-, 6- и 7-углеродных соединений объединяются в 3 молекулы рибулозо-1,5-бисфосфата.

Две молекулы ФГА необходимы для синтеза глюкозы. Таким образом, для синтеза 1 молекулы глюкозы требуется 6 оборотов цикла, 6 CO 2 , 12 НАДФН∙Н + и 18 АТФ.

Интенсивность фотосинтеза зависит в первую очередь от интенсивности и спектрального состава света, концентрации СО 2 и О 2 , температуры, водного режима растения, минерального питания и других факторов внешней среды.

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

«Буранная СОШ»

Изучение свойств растительных пигментов

Работу выполнила ученица 8 класса

Вдовкина Дарья

Руководитель

учитель экологии и биологии

Вдовкина Ольга Владимировна

Буранное

2014 г.

Содержание

Введение.

Основная часть:

Практическая часть работы.

Не обходимость кислорода для разрушения хлорофилла.

Выводы.

Список литературы и Интернет-ресурсов.

Приложения.

Введение

Природа обладает удивительным многоцветием. Мы не устаем восхищаться красотой окружающего растительного мира. Весной мы с надеждой смотрим на нежно-зеленые молодые листочки деревьев, а желто-оранжевая цветовая гамма осеннего леса навевает грусть и печаль по ушедшему лету. Кто не восхищался красками цветущего луга, лесной опушки, осенней листвы, даров сада и огорода? Я думаю, что каждый ребенок, как только он начинает изучать окружающий мир, задает себе вопросы: «Почему листья зеленые? Почему они осенью желтеют или краснеют? Почему лепестки ромашки белые, а розы - красные? Почему окружающие растения окрашены именно так, а не иначе, как возникает такое богатство цветов и оттенков? Что для природы значат эти цвета?» Меня заинтересовали эти вопросы, надеюсь, что моя работа поможет на них ответить.

Цель моей работы – выяснить, от чего зависит цвет растения.

Задачи, которые я перед собой поставила:

Изучить литературу с целью выяснить, какие вещества придают органам растения различную окраску.

Провести несколько практических опытов с целью выявления особенностей этих веществ.

Что такое «пигмент»? Какие бывают пигменты?

Изучив специальную литературу, я выяснила, что окраску различным органам растений придают особые вещества – пигменты. Это органические соединения, присутствующие в клетках и тканях растений и окрашивающие их. Многие из них важны для фотосинтеза. Расположены пигменты в пластидах клетки – хлоропластах и хромопластах, некоторые находятся в клеточном соке растений.

Существует несколько основных групп растительных пигментов:

Самыми распространенным растительным пигментом является хлорофилл. Это одно из самых важных на Земле красящих веществ. Название хлорофилла идет от греческих слов «хлорос» - зеленый и «филлон» - лист. Хлорофилловые пластиды зеленые. Зеленый цвет – цвет жизни. Зеленые «фабрики» вокруг нас поддерживают жизнь. Хлорофилл обладает жизненно важной функций: перехват солнечных лучей и преобразование полученной энергии в питательные вещества - простые сахара, которые получаются из воды и . Эти сахара являются основой питания растений - источниками углеводов, необходимых для роста и развития. Во время процесса производства питательных веществ хлорофилл разрушается, так как непрерывно используется. Несмотря на это, в течение сезона роста, растения снова и снова восстанавливают запасы хлорофилла. Большой запас хлорофилла позволяет листьям оставаться зелёными. Возрастные изменения хлоропластов сопровождаются изменением окраски – от салатно-зеленого, разной интенсивности зеленого, до желто-зеленого. Когда он в большом количестве содержится в , что происходит во время периода роста, зелёный цвет хлорофилла преобладает, затмевая цвета любых других пигментов, которые могут содержаться в листе. Поэтому листья летом имеют характерный зелёный цвет.

Флавоны и флавонолы – одни из самых распространенных растительных пигментов. Нет растения, где бы они ни были обнаружены. Долгое время считалось, что эти пигменты характерны только для растительного царства, однако в 90-х годах прошлого века некоторые флавоны были обнаружены и в грибах. На латинском языке «flavus» означает «желтый». В природе флавоны и флавонолы являются основными пигментами, обеспечивающими желтую цветовую гамму плодов и цветов. Много этих красителей и в других органах растений, хотя там желтая окраска маскируется другими пигментами. Разнообразие оттенков желтого цвета достигается как изменением концентрации флавонов и флавонолов, так и присутствием в соке растений солей кальция и магния, увеличивающих интенсивность окраски.

Близки к флавонам по строению другие красители желтого цвета – халконы и ауроны. Встречаются они значительно реже. Среди известных нам растений эти пигменты можно обнаружить в листьях и цветах кислицы, кореопсиса и львиного зева. Как и некоторые люди, эти красители совершенно не переносят курильщиков и краснеют, если их окуривать сигаретным дымом. Отдельного упоминания заслуживают халконы еще и потому, что во многих случаях именно из них в процессе биосинтеза в растениях образуются флавоны, флавонолы и ауроны. Подражая природе, химики применяют халконы для получения разнообразных растительных и искусственных пигментов в лабораторных условиях.

Еще одна группа пигментов, родственная флавонам и флавонолам, носит название антоцианов. Антоцианы, которые ответственны за красные цвета в листьях, не присутствуют в листьях до тех пор, пока в листьях не начнёт снижаться уровень хлорофиллов. Раньше предполагали, что антоцианы просто результат разрушения зелёного хлорофилла, но эта теория уже не считается общепризнанной. Антоциановые пигменты, вызывающие розовую, красную и пурпурную осеннюю окраску листьев, связаны с веществом - углевод (или сахара, крахмала). Так накопление углеводов способствует образованию клеточного сока с пигментами антацина. Антоцианы растворимы в воде и обычно встречаются в клеточном соке.

Каротиноиды – пигменты, которые имеют преимущественно жёлтый или оранжевый цвет. Они всегда присутствуют в листьях, но перекрываются зелёным цветом хлорофилла. Название пигментам этого типа дал ученый М. С. Цвет. В честь одного из пигментов, содержащегося в оранжевых корнях моркови, он назвал весь этот класс красителей каротиноидами («carotte» – морковь). Каротиноиды придают желтый цвет цветам и листьям растений. Желтая, оранжевая и красная окраска кукурузы, тыквы, кабачков и перезрелых огурцов, баклажанов, паслена, помидора, дыни, а также многих цитрусовых обусловлена присутствием в них разнообразных каротиноидных пигментов. Рекордсменом по числу каротиноидных пигментов является стручковый красный перец.

Какие пигменты составляют окраску листа?

Первый опыт проведем с целью выяснить, какие пигменты обеспечивают листьям растения зеленую окраску. Оборудование, необходимое для проведения опыта: свежие листья комнатных растений, 95% -ый этиловый спирт, бензин, ступка фарфоровая, пробирка, воронка, ножницы, фильтровальная бумага.

Ход опыта. Прежде всего, получим вытяжку пигментов. Лучше, если вытяжка будет концентрированной, темно-зеленой. Можно использовать листья любых травянистых растений, а лучше всего теневыносливых комнатных растений - они мяче, легче растираются, содержат больше хлорофилла. К измельченным листьям добавим 5-10 мл этилового спирта, на кончике ножа мел для нейтрализации кислот клеточного сока и разотрем их в фарфоровой ступке до однородной зеленой массы. Подольем еще этилового спирта и осторожно продолжаем растирание, пока спирт не окрасится в интенсивный зеленый цвет. Полученную спиртовую вытяжку отфильтруем в чистую сухую пробирку или колбу.
Убедимся в том, что спиртовая вытяжка пигментов помимо зеленых содержит еще и желтые пигменты. Для этого на фильтровальную бумагу нанесем стеклянной палочкой каплю спиртовой вытяжки пигментов листа. Через 3-5 мин на бумаге образуются цветные концентрические круги: в центре зеленый (хлорофилл), снаружи - желтый (каротиноиды) (Приложение 1).

Вывод. Разделение пигментов обусловлено их различной адсорбцией (поглощением в поверхностном слое) на фильтровальной бумаге и неодинаковой растворимостью в растворителе, в данном случае - этиловом спирте. Каротиноиды хуже, по сравнению с хлорофиллом, адсорбируются на бумаге, больше растворимы в спирте, поэтому передвигаются по фильтровальной бумаге дольше хлорофилла.
Таким образом, в создании цвета листа участвуют две группы пигментов - зеленые и желтые. Содержание хлорофилла в сформировавшихся листьях примерно в 3 раза выше, чем каротиноидов, поэтому желтый цвет каротиноидов маскируется зеленым цветом хлорофилла. Количественное соотношение хлорофилла и каротиноидов не постоянно, оно зависит от возраста листа, физиологического состояния растения. Если содержание хлорофилла уменьшается, листья приобретают желто-зеленый или желтый цвет.

При каком освещении желтеют листья?

Различные факторы внешней среды (освещенность растений, температура воздуха, водоснабжение) оказывают влияние на окраску листьев. Например, в зависимости от погодных условий цвет листьев клена меняется от желтого до пурпурно-красного.

Цель этого опыта – установить устойчивость хлорофилла в листьях растений без освещения.

Оборудование: для опыта нужны листья любого растения, которые уже закончили рост, но еще не имеют внешних признаков старения, стакан, черный лист бумаги.

Ход опыта. Половину листовой пластинки закрываем с двух сторон черной бумагой. Лист помещаем в стакан с водой и ставим в хорошо освещенное место. Спустя 4-5 дней снимем бумагу, сравним цвет половинок листа. Хорошо заметны различия в окраске: освещенная часть зеленая, а затемненная - желтая.

Вывод: Результаты опыта свидетельствуют, что снижение интенсивности и продолжительности освещения листьев ускоряет распад молекул хлорофилла в хлоропластах. Мы сравнили устойчивость хлорофилла в листьях бадана и традесканции. Самый неустойчивый пигмент в листьях традесканции, он разрушается за 20 дней, а самый устойчивый у фикуса, разрушается через 40 - 50 дней. (Приложение 1)

Необходимость кислорода для разрушения хлорофилла.

Для разрушения хлорофилла необходимо еще одно условие – кислород. Проводимый опыт ставит своей целью доказать, что без кислорода хлорофилл не разрушается или разрушается медленнее.

Оборудование: стакан c водой, лист плотной бумаги, зеленые листья растения.

Ход опыта: Стареющий, но еще сохранивший зеленый цвет лист любого светолюбивого растения опустим в стакан с водой так, чтобы только половина листа его находилась под водой. Для этого закрепим лист в прорези укрывающей стакан плотной бумаги. Стакан поставим в темное место.

Вывод: Через 3 - 5 дней станут заметны различия в окраске листа: находившаяся в воде часть сохранит зеленый цвет, другая - пожелтеет. Уменьшение скорости распада хлорофилла в той части листа, которая находилась в воде, свидетельствует, что в разрушении хлорофилла важную роль играет процесс дыхания. Содержание кислорода в воде намного ниже, чем в воздухе. (Приложение 2)

Влияние на хлорофилл химических веществ.

Как органическое вещество, пигмент хлорофилл должен разрушаться от воздействия различных химических веществ. Цель этого опыта – проверить, как воздействует на хлорофилл соляная кислота.

Оборудование: Для опыта нужны "чернила" - 10%-ая соляная кислота, листья растений, палочка.

Ход опыта: Заостренный конец палочки смочим в соляной кислоте и нанесем на лист рисунок (в нашем случае это смайлик и звездочка). На зеленом фоне листа бегонии постепенно появляется рисунок звездочки бурого цвета. На листе монстеры был нарисован смайлик, но картинка не появилась, бурое пятно было маленьким, размером с копеечную монету. Значит, скорость изменения цвета в месте нанесения кислоты зависит от плотности покровов листа. Появление бурой окраски обусловлено проникновением кислоты внутрь клеток и образованием в них особого вещества - феофитина.

Вывод: Хлорофилл разрушается при воздействии на него соляной кислоты, а значит, и других кислот. Следовательно, газообразные выделения промышленных предприятий, которые часто содержат в себе химические вещества (например, сернистый ангидрит), которые, проникая через устьица в листья, растворяются в цитоплазме клеток и образуют кислоту. Накопление ее в больших количествах в цитоплазме вызывает разнообразные нарушения обмена веществ в клетках, в том числе и разрушение хлорофилла. Внешне такие повреждения могут выражаться в появлении на листьях бурых пятен. (Приложение 3)

Воздействие на пигмент хлорофилл высокой температуры.

Образование феофитина в листьях многих растений может происходить также и при нагревании листа выше 70 - 80 С. Цель данного опыта – показать, что разрушение хлорофилла и образование феофитина в листьях растений возможно и при воздействии на клетки листьев высокой температуры.

Оборудование: Для опыта нужны зеленые листья различных растений, спиртовка, стеклянная палочка.

Ход опыта: Прикоснемся к листу концом сильно нагретой стеклянной палочки или проколем его раскаленной препаровальной иглой. Во всех случаях возникают своеобразные изменения окраски листа: зеленые круги с неровными бурыми кольцами.

Вывод: Появление бурых колец обусловлено поступлением кислот клеточного сока из вакуолей в цитоплазму, а затем в хлоропласты. Под действием температуры раскаленной стеклянной палочки происходит разрушение молекул хлорофилла, образование феофитина и появление бурого окрашивания. Поскольку химический состав листьев различных растений имеет свои особенности, можно получить различные картины колец отмирания. Желтые, коричневые пятна отмирания появляются на листьях и в природных условиях под влиянием сильного перегрева, засухи. (Приложение 5)

Выводы.

Исследовав вопрос о растительных пигментах, я узнала, что пигменты играют очень значительную роль в природе и имеют огромное значение для жизни на Земле. Многие природные пигменты принимают участие в важных метаболических или физиологических процессах. Особенно детально изучено значение хлорофилла и других пигментов в фотосинтезе. Во многих случаях, однако, единственной известной функцией пигмента является то, что он придает окраску организму или той его части, которая содержит данный пигмент. В растительном царстве ярко окрашенные цветки и плоды, контрастно выделяющиеся на общем фоне зеленой окраски листвы, привлекают внимание насекомых и других животных. Благодаря этому растения извлекают для себя пользу при опылении и распространении семян. По итогам работы были установлены следующие выводы:

В создании цвета листа участвуют различные группы пигментов.

Снижение интенсивности и продолжительности освещения листьев ускоряет распад молекул хлорофилла в хлоропластах.

Уменьшение скорости распада хлорофилла в той части листа, которая находилась в воде, свидетельствует, что в разрушении хлорофилла важную роль играет процесс дыхания.

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).

Таблица. Красители из растительного материала

Цвет окрашивания	Растение	Используемая часть

		Ягоды и корни
Kоричневый		Листья, кора
	Лук репчатый
	Ива белая
Фиолетовый	Черника и ежевика

	Боярышник	Kора, побеги, листья
	Зверобой
		Свежая кора
	Подмаренник
	Бузина черная
	Щавель конский
	Ольха серая
Оранжевый	Чистотел	Листья и стебли
	Щавель конский	Листья и стебли
	Подмаренник


	Kартофель	Листья и стебли
Лимонный	Барбарис
		Листья и цветы
	Манжетка	Стебли и листья

	Трилистник
	Иван-да-Марья

Зачем пигменты нужны растениям

Самая главная функция пигментов – фотосинтез. Ее осуществляет в первую очередь хлорофилл. Однако важную роль в фотосинтезе играют и некоторые каротиноиды. Они помогают молекулам хлорофилла вернуться в исходное состояние после передачи энергии и предохраняют их от фотоокисления. Используя разнообразные пигменты, растения «умудряются» использовать для фотосинтеза почти весь спектр видимого света, а также часть ультрафиолетового и инфракрасного диапазонов.

С пигментами связана светочувствительность растений, сезонная регуляция метаболизма, роста и цветения, подготовка и переход к фазе покоя, регуляция процессов прорастания семян.

Поглощая ультрафиолетовые лучи, флавоны и флавонолы предохраняют хлорофилл и цитоплазму клеток от разрушения. Очень важная функция, выполняемая каротиноидами, флавонами и антоцианами, состоит в нейтрализации свободных радикалов, нарушающих протекание биохимических процессов в растениях, т.е. эти пигменты обладают антиоксидантными свойствами.

Флавоновые пигменты иногда «применяются» растениями для самозащиты – в качестве противогрибковых или противомикробных агентов, выполняют функции резерва питательных веществ.

Пигменты, содержащиеся в лепестках, чашелистиках или листьях, окружающих соцветие, придают цветку окраску, привлекающую насекомых-опылителей. Яркая окраска – это «опознавательный знак», показывающий, где насекомые могут найти нектар и пыльцу. Бывает, что у одного и того же растения окраска цветков с возрастом изменяется. Это хорошо заметно у ранневесеннего растения медуницы: розовый цвет ее молодых цветков сменяется по мере старения синим. В этом случае смена окраски служит сигналом для насекомых – не теряйте времени даром!

Как использует растительные пигменты человек

Яркие краски растительного мира радуют наш глаз и доставляют эстетическое наслаждение. Но люди находят растительным краскам и утилитарное применение. Индиго, хна, басма, ализари (ализарин, мареновый корень) – названия этих натуральных красителей известны всем. Да и другие краски издревле получали из растительного сырья. Какого – зависело от географии. В средней полосе России, например, для окрашивания волокон и тканей в желтый цвет использовались цмин песчаный, череда трехраздельная, пупавка красильная, василек луговой, ястребинка зонтичная. В зеленые, коричневые, болотные тона окрашивает шерсть экстракт из наземной части зверобоя продырявленного; в желтые, зеленые, коричневые – вытяжка из корней укропа огородного, желтый краситель получается из молодых листьев березы.

Можно и самим получить растительную краску или чернила (Опыт 6).

Растения, богатые пигментами, находили и находят применение в медицине. Пигмент ликопин (изомер бета-каротина, придающий окраску плодам томата, арбуза и др.) обладает выраженной антиоксидантной активностью, понижает уровень холестерина в крови, повышает физическую и умственную работоспособность. Лютеин (им богаты, например, ягоды черники) вместе с образующимся из него зеаксантином - главные пигменты желтого пятна сетчатки глаза; они обладают высокой антиоксидантной и фотосенсибилизирующей активностью – защищают сетчатку глаза от разрушительного действия ультрафиолетовых лучей и преждевременного старения. Хлорофилл обладает стимулирующим и тонизирующим действием, повышает основной обмен, тонус кишечника, сердечно-сосудистой системы, дыхательного центра, стимулирует грануляцию и эпителизацию тканей, влияет на формулу крови, увеличивая количество лейкоцитов и гемоглобина, оказывает бактериостатическое действие. А еще хлорофилл усиливает иммунную функцию организма, ускоряя фагоцитоз, является предшественником витамина К, что обусловливает его использование для профилактики мочекаменной болезни, так как он сдерживает образование кристаллов оксалата кальция в моче, активизирует действие ферментов, участвующих в синтезе витаминов Е, А и К. Выводит из организма токсины, поддерживает здоровую кишечную флору, улучшает функции щитовидной и поджелудочной желез, а также действует как слабое мочегонное средство, способствует повышению лактации у кормящих матерей.

Меланиновые пигменты являются сильными антиоксидантами. Синтетический меланин в водных растворах ускоряет рост и созревание плодов, редуцирует деятельность камбия, ускоряет прорастание семян. В организме животных и человека меланины поглощают ультрафиолетовые лучи, защищая ткани глубоких слоев кожи от лучевого повреждения. Длительное введение водорастворимого меланина предотвращает язвообразование, снижает число кровоизлияний в слизистую желудка и препятствует снижению общей массы тела в условиях стресса. В процессе пищеварения меланин частично усваивается при участии микрофлоры кишечника, частично исполняет роль энтеросорбента, регулятора перистальтики, нормализует состав кишечной микрофлоры. Является активным антидотом при острых отравлениях, эффективно выводит из пищеварительного тракта токсины на ранней стадии отравления до их всасывания в кровь. Возможно применение меланина при лечении и профилактике онкологических заболеваний.

Хну (краску, получаемую из листьев кустарника лавсония) используют не только для окраски волос, которые становятся более жесткими, густыми и пышными, но и как бактерицидное средство. Препараты хны (мази и растворы красящих веществ) применяются при потении ног, при экземе, для лечения гнойных ран.

Растительные биофлавоноиды, представляющие собой группу биологически активных веществ (рутин, катехины, кверцетин, цитрин, гесперидин, эриодиктиол, цианидин) называют витамином Р . Всего известно около 150 биофлавоноидов. Особенно много их в цитрусовых, черной смородине, плодах шиповника, щавеле, зеленом чае, салате. Выделенный, например, из кожуры лимона этот витамин уменьшал ломкость и проницаемость капилляров. Этот витамин не вырабатывается нашим организмом и поэтому должен быть включен в ежедневный рацион питания.

Желтый флавиновый пигмент рибофлавин известен как витамин В2, а каротиноид ретинол – как витамин А.

Таблица 1. Растительные красители для пищевых продуктов

№ кода	Названия пищевых добавок
	Curcumins (куркумины)
	Riboflavins (рибофлавины)
	Tartazine (тартразин)
	Sunset Yellow FCF (желтый «солнечный закат»)
	Azorubine (азорубин)
	Ponceau (понсо 4R, пунцовый 4R)
	Patent Blue V (синий патентованный)
	Caramel (сахарный колер)
	Carotines (каротины)
	Beet red (красный свекольный)
	Anthoceanins (антоцианы)

Не все пигменты обладают фармакологическим действием. Но все они нетоксичны и отлично подходят для окрашивания продуктов питания. В таком произведении кулинарного искусства, как торт, белковый нежирный крем окрашен в желтый цвет флавоновыми пигментами, вся гамма цветов от красного до синего обеспечивается антоцианами, красивый фиолетовый цвет – это бетацианин из свеклы, а зеленый, конечно же, появляется благодаря хлорофиллам. Жирный крем окрашен в желтый, оранжевый и красный цвета каротиноидами. А вот синих жирорастворимых пигментов у растений нет, поэтому если масляный крем имеет ярко-синий цвет, значит, использовался синтетический краситель.

Говорить о пользе растительных пигментов и о значении их для нас можно бесконечно. Вот еще интересный пример – на способности растений менять окраску в зависимости от химического состава почвы основан биогеохимический метод поиска месторождений полезных ископаемых… «Ну и что?» – спросит кто-то. Да ничего… Просто, глядя на сочную зелень растений, пестрый ковер цветов, самодовольную красноту помидоров на дачном участке, подумайте о том, что все вокруг нас не случайно, все взаимосвязано, подумайте о том, как прекрасен, гармоничен и изумителен мир, в котором мы все живем.

Практикум

Опыт 1. Почему лепестки цветков белые?

Цель: убедиться в том, что белый цвет лепестков фиалки, ромашки, белой лилии и других цветов обусловлен не наличием красящего вещества, а развитой системой межклетников.

1. Рассмотрите под микроскопом лепесток белого цветка фиалки.

2. Удалите воздух из межклетников. Это можно сделать несколькими способами.

А. Осторожно сожмите лепесток пальцами. Воздух из межклетников выходит, и лепесток становится бесцветным и прозрачным, как лед.

Б. Погрузите лепестки в воду. Через несколько часов, когда вода через устьица проникнет в межклетники, лепестки станут бесцветными.

В. Лепестки поместите в шприц (без иглы) и заполните его водой. Установив шприц наконечником вверх, задвиньте поршень, чтобы вытеснить воздух. После этого закройте пальцем отверстие наконечника и отведите поршень вниз. В результате создавшегося разрежения из лепестков в воду начнут выделяться пузырьки воздуха. Через 1–2 мин воздух из межклетников выйдет. Вновь вдвиньте поршень в шприц – вода поступит в межклетники, и лепесток станет прозрачным.

3. Рассмотрите под микроскопом лепесток цветка фиалки, ставший прозрачным после опыта. Воздушные межклетники исчезли.

Вывод: белый цвет лепестков цветов обусловлен развитой системой межклетников.

Опыт 2. Изучение индикаторных свойств антоцианов

Антоцианы – водорастворимые пигменты. Их водную вытяжку можно получить из свеклы, из листьев краснокочанной капусты или из лепестков цветков с цветовой гаммой от розовой до фиолетовой. Для этого 0,5–1 г растительного вещества надо поместить в ступку и измельчить с небольшим количеством хорошо промытого песка, добавить около 5 мл воды и отфильтровать получившийся раствор. В зависимости от вида растения такая вытяжка может быть голубого, синего, фиолетового, розового, малинового цвета.

Антоцианы также содержатся в свекольном соке и соке плодов многих растений: смородины, черноплодной рябины, вишни, малины.

В чистую пробирку налейте 2–3 мл вытяжки пигментов, добавьте 1–2 капли разбавленной кислоты. Если полученная вытяжка антоцианов имела первоначально буроватую окраску, то после добавления капель кислоты она примет красивый розово-красный цвет. Изменения окраски связаны с перестройками в молекуле антоциана.

Определите рН раствора с помощью индикаторной бумаги и добавляйте по каплям разбавленную щелочь или немного, на самом кончике ножа, порошка питьевой соды. Пронаблюдайте за изменением окраски раствора по мере изменения рН. Цикл изменения окраски антоциановых растворов под действием кислот и щелочей можно повторить несколько раз.

Испытайте индикаторные свойства растворов антоцианов, выделенных из разных растений. (Растворы пигментов быстро портятся, поэтому их лучше хранить в холодильнике и готовить непосредственно перед опытом.) Вывод: антоцианы изменяют окраску в зависимости от рН среды, их водные растворы можно использовать в качестве кислотно-щелочных индикаторов.

Таблица 2. Изменения окраски водной вытяжки антоцианов различных растений в кислой и щелочной среде

Растение	Цвет раствора исходный	Цвет раствора в кислой среде	Цвет раствора в щелочной среде
Фиалка узамбарская	светло-синий	бледно-розовый	ярко-желтый
Земляника садовая (плоды)	ярко-розовый с красным	оранжевый
Львиный зев (красный)	красно-коричневый	бледно-розовый
Львиный зев (желтый)		бледно-розовый
Базилик (фиолетовый)	темно-желтый	бледно-зеленый	желто-коричневый
	светло-голубой	бледно-розовый	бледно-желтый
Смородина черная (сок плодов)	фиолетово-синий	темно-красный	темно-желтый
Смородина красная (сок плодов)		ярко-красный	ярко-желтый
Малина (сок плодов)	ярко-розовый с малиновым	ярко-розовый	ярко-зеленый, затем желтый
Свекла (сок корнеплодов)	свекольный	ярко-красный	ярко-сине-зеленый, затем темно-желтый
Вишня обыкновенная (сок плодов)	вишневый		ярко-зеленый, затем ярко-желтый
Черноплодная рябина (сок плодов)	коричнево-красный	грязно-красный	грязно-желтый
Зигокактус (декабрист)	светло-малиновый	бледно-розовый
Краснокочанная капуста	малиновый с сиреневым	ярко-розовый	синий, затем зеленый, затем желтый

Опыт 3. Доказательство влияния магния на цвет хлорофилла

Характерное для хлорофилла поглощение света определяется химической структурой его молекулы. Система сопряженных двойных связей играет большую роль в поглощении сине-фиолетовых лучей. Присутствие магния в ядре молекулы обусловливает поглощение в красной области. Нарушение структуры, например удаление из молекулы магния, приводит к изменению цвета хлорофилла. Удалить из хлорофилла магний можно, проделав реакцию взаимодействия хлорофилла с кислотой.

Для работы понадобятся свежие листья злаков или комнатных растений, 95% этиловый спирт, фарфоровая ступка с пестиком, воронка и фильтровальная бумага, 10% раствор соляной кислоты, уксуснокислый цинк, спиртовка, пипетка, 4 пробирки.

Осторожно! Не забывайте о правилах работы с концентрированными кислотами!

Сначала надо получить спиртовую вытяжку пигментов листа. Для этого к измельченным листьям (для опыта достаточно 1–2 листьев пеларгонии) добавьте 5–10 мл этилового спирта, на кончике ножа порошок СаСО3 (мел) для нейтрализации кислот клеточного сока и разотрите в фарфоровой ступке до однородной зеленой массы. Прилейте еще этилового спирта и осторожно продолжайте растирание, пока спирт не окрасится в интенсивно зеленый цвет. Полученную спиртовую вытяжку отфильтруйте в чистую сухую пробирку или колбу.

Рассмотрите полученный раствор хлорофилла в проходящем свете (он имеет зеленый цвет) и в отраженном свете (вишнево-красный – явление флуоресценции). Если добавить к вытяжке (в отдельной пробирке) несколько капель воды и встряхнуть, то прозрачный раствор хлорофилла мутнеет (явление флуоресценции исчезает).

Перенесите по 2–3 мл спиртовой вытяжки пигментов в три чистые пробирки. Одна из пробирок контрольная, в две другие добавьте по 2–3 капли раствора соляной кислоты. Цвет раствора меняется на бурый: в результате взаимодействия с кислотой магний в молекуле хлорофилла замещается двумя атомами водорода и образуется вещество бурого цвета – феофитин. Одну из пробирок с феофитином оставьте для контроля, а в другую внесите на кончике ножа уксуснокислый цинк и нагрейте на водяной бане до кипения. Атом цинка замещает атомы водорода (заместившие ранее магний) в молекуле хлорофилла и бурый цвет раствора вновь меняется на зеленый.

Вывод: цвет хлорофилла зависит от наличия металлоорганической связи в его молекуле.

Опыт 4. Изучение зависимости цвета вытяжки пигментов листа от количества хлорофилла

В этом опыте свет должен проходить через раствор хлорофилла снизу вверх – нам понадобится источник света, который можно разместить под пробиркой. Это может быть положенная горизонтально настольная лампа без абажура, осветитель для аквариума, мощный фонарь и т.п. Кроме того, нужно приготовить темно-зеленую спиртовую вытяжку пигментов листа, как указано в опыте 3.

Высокую пробирку оберните черной бумагой, чтобы свет не попадал на раствор сбоку, и поместите ее над источником света. Смотрите в пробирку сверху и добавляйте в нее небольшими порциями раствор хлорофилла.

Пока вытяжки в пробирке немного, ее цвет изумрудно-зеленый – за счет поглощения в первую очередь лучей сине-фиолетовой и красной областей спектра. Голубые, желтые и оранжевые лучи поглощаются в очень небольшой степени. Однако по мере увеличения количества вытяжки в пробирке суммарное количество поглощенного света в этих областях (сначала в голубой и желтой областях спектра, а затем и зеленых лучей) возрастает. На определенном этапе остаются непоглощенными только дальние красные лучи, и раствор в пробирке приобретает вишнево-красный цвет.

Вывод: хлорофилл поглощает лучи большей части видимого спектра, но интенсивность поглощения разных лучей неодинакова. Суммарное поглощение зависит от общего количества хлорофилла.

Опыт 5. Разделение смеси спирторастворимых пигментов

Приготовим спиртовую вытяжку пигментов листа (Опыт 3). Вытяжка имеет зеленый цвет, но на самом деле в ней, помимо хлорофиллов, содержатся и желтые пигменты группы каротиноидов – каротин и ксантофилл. Убедиться в этом можно несколькими способами.

На фильтровальную бумагу нанесите стеклянной палочкой каплю полученной спиртовой вытяжки пигментов листа. Через 3–5 мин на бумаге образуются цветные концентрические круги: в центре зеленый (хлорофилл), снаружи – желтый (каротиноиды).

Полоску фильтровальной бумаги шириной примерно в 1 см и длиной 20 см погрузите одним концом в пробирку с вытяжкой. Через несколько минут на бумаге появится зеленая полоса хлорофилла, а выше нее – желтые полосы каротиноидов (каротина и ксантофилла). В зеленой зоне можно различить две полосы: зеленую (хлорофилл а) и зелено-желтую (хлорофилл b).

Разделение пигментов обусловлено их различной адсорбцией (поглощением в поверхностном слое) на фильтровальной бумаге и неодинаковой растворимостью в растворителе, в данном случае – этиловом спирте. Каротиноиды хуже, по сравнению с хлорофиллом, адсорбируются на фильтровальной бумаге, передвигаются по ней дальше хлорофилла.

На различной растворимости пигментов в разных растворителях основан еще один способ их разделения. Для этой работы нам понадобится чистый (для заправки зажигалок) бензин.

Осторожно! Не забывайте о правилах работы с огнеопасными жидкостями!

В пробирку налейте 2–3 мл спиртовой вытяжки пигментов листа, добавьте столько же бензина и 1–2 капли воды. Закройте пробирку пробкой (можно и большим пальцем), энергично взболтайте в течение 2–3 мин и дайте отстояться.

Жидкость в пробирке разделится на два слоя: более легкий бензин наверху, спирт – внизу. Спирт будет окрашен в желтый цвет пигментом ксантофиллом, который в бензине не растворяется. Бензиновый слой будет зеленым за счет растворенного в нем хлорофилла. На самом деле там же, в бензиновом слое, содержится и каротин, но его цвет маскируется интенсивно зеленым цветом хлорофилла.

Чтобы убедиться в том, что в бензиновом слое действительно присутствует пигмент каротин, нам понадобится 20% раствор гидроксида натрия или гидроксида калия.

Осторожно! Не забывайте о правилах работы с концентрированной щелочью!

По химическому строению хлорофилл представляет собой сложный эфир дикарбоновой кислоты хлорофиллина и двух спиртов: метилового и фитола. При взаимодействии сложных эфиров со щелочами происходит реакция омыления – разрыв сложноэфирных связей с образованием соли данной кислоты и спиртов. В результате реакции омыления хлорофилла образуется натриевая или калиевая соль хлорофиллина, метиловый спирт и фитол.

Налейте в пробирку 2–3 мл спиртовой вытяжки пигментов, добавьте 4–5 капель 20% раствора щелочи, закройте пробирку пробкой (в данном случае именно пробкой, не пальцем!), взболтайте. Происходит реакция взаимодействия хлорофилла со щелочью. Цвет раствора не меняется, так как хлорофиллины натрия и калия имеют зеленую окраску.

Добавьте в пробирку бензин в таком количестве, чтобы общий объем жидкости в пробирке увеличился в два раза, взболтайте и дайте отстояться. Жидкость в пробирке разделится на два слоя – внизу спирт, наверху – более легкий бензин.

Нижний спиртовой слой окрасится в зеленый цвет благодаря присутствию в нем соли – хлорофиллина натрия, которая, в отличие от хлорофилла, в бензине нерастворима. Здесь же, в спиртовом слое, находится пигмент ксантофилл, но его окраска маскируется интенсивно зеленым цветом натриевой соли хлорофиллина. Верхний слой бензина будет окрашен в желтый цвет пигментом каротином.

Вывод: спиртовая вытяжка листа содержит хлорофилл и два желтых пигмента – каротин и ксантофилл. Цвет листа растения в первую очередь зависит от количественного соотношения этих пигментов, а также от возможного присутствия пигментов группы антоцианов.

В продолжение работы интересно взять для анализа экстракты листьев разного цвета – разных видов растений и разного возраста. Взрослые сформировавшиеся листья содержат больше хлорофилла, чем молодые. Старые листья содержат больше желтых пигментов. Поэтому окраска листа изменяется с возрастом: от желто-зеленой у молодых до интенсивно зеленой у взрослых и желтой у опадающих осенних листьев.

Опыт 6. Получение растительных красителей

I. Получение красителя из луковой шелухи

Экстракт шелухи лука широко применяется для окрашивания пищевых продуктов и тканей в желто-коричневый цвет.

Для работы понадобятся железо-аммонийные квасцы [(NH 4)2SO 4 × Fe 2 (SO 4) 3 × 24 H 2 O] и сульфат железа (II).

1. 100 г луковой шелухи залейте на 30–35 мин 1 л теплой воды, добавьте 1 чайную ложку питьевой соды и прокипятите 1,5 ч на слабом огне, слегка помешивая.

2. Экстракт слейте, а шелуху лука еще раз залейте небольшим количеством воды и прокипятите в течение часа. Снова слейте экстракт, смешайте с полученной ранее порцией и дайте отстояться. Для увеличения концентрации красителя полученный экстракт можно упарить.

Для получения стойкого окрашивания нужно использовать протравитель (4 г квасцов или 1 г сульфата железа на 2 л воды). Окраску можно проводить тремя способами:

а) с предварительным протравливанием: окрашиваемый материал прокипятите 15–20 мин в растворе протравителя, затем переложите в холодный раствор красителя и прокипятите 45–60 мин;

б) с одновременным протравливанием: раствор протравителя добавьте к раствору красителя, опустите туда окрашиваемый материал и, все время его переворачивая, доведите до кипения;

в) с последующим протравливанием: материал прокипятите около 1 ч в отваре красителя, затем добавьте в раствор протравитель и кипятите еще 40 мин.

3. Окрашенную ткань или пряжу прополощите в теплой воде, в которую добавлено немного столового уксуса.

При кипячении в экстракте из луковой шелухи материал постепенно окрасится в темно-коричневый цвет. При одновременном использовании квасцов или сульфата железа (II) материал окрасится в черный цвет.

Другие варианты окрашивания с помощью растительных материалов приведены в таблице 3.

Таблица 3. Окраска растительными красителями с протравой

II. Получение чернил из растительного материала

Некоторые виды растительного сырья, богатого дубильными веществами, могут быть использованы в качестве чернил. Для работы понадобится сульфат железа (II).

1. Приготовьте 20% водный раствор сульфата железа (II).

2. Залейте 2 г сухого чайного листа 50 мл горячей воды и нагревайте 30–40 мин на кипящей водяной бане.

3. Раствор отфильтруйте, к осадку добавьте еще 20–25 мл воды, прокипятите и снова отфильтруйте. Фильтраты объедините и упарьте до объема 8–10 мл.

4. К 2 мл теплого фильтрата добавьте 0,5–1 мл 20% раствора сульфата железа (II) до появления черного цвета. Чтобы загустить чернила, добавьте 1–2 г сахарного песка.

Вместо чая можно использовать другое сырье, богатое дубильными веществами: дубовую кору, корни лапчатки прямостоячей или щавеля курчавого, плоды конского каштана обыкновенного или бузины черной. Такого материала для работы понадобится 50–100 г.

Опыт 7. Изготовление самодельной индикаторной бумаги

Лучшими индикаторными свойствами обладает вытяжка из листьев краснокочанной капусты. Исходно она имеет малиново-сиреневый цвет. В сильнокислой среде (рН 2–3) приобретает красный, а при рН 4–5 – розовый цвет. Далее по мере нейтрализации розово-красный цвет изменяется сначала на сиреневый, затем на светло-синий (рН 6–7). При переходе значений рН в щелочную область цвет раствора становится зеленым (рН 8), желто-зеленым (рН 9–10) и в сильно щелочной среде (рН выше 10) – желтым.

Пропитав этой вытяжкой полоски фильтровальной бумаги и высушив их, можно получить хорошую индикаторную бумагу для достаточно точного определения рН растворов в кислой области. Чтобы приготовить индикатор на щелочь (красную индикаторную бумагу) вытяжку краснокочанной капусты перед пропитыванием фильтровальной бумаги нужно предварительно подкислить 1–2 каплями уксуса до появления розовой окраски.

Индикаторные свойства красителя из краснокачанной капусты сходны с лакмусом: область перехода окраски лежит в интервале рН 3–12. Для более точного определения рН раствора нужно составить цветную шкалу изменений окраски этого индикатора.

Полученную индикаторную бумагу можно использовать для определения рН различных веществ и кислотности почвы (табл. 4).

Таблица 4. Изменение окраски индикатора из краснокочанной капусты в растворах бытовых веществ

Вещество	Цвет индикатора	рН среды
Зубная паста «Colgate»	Светло-синий
Зубная паста «Aquarelle»	Светло-голубой
Чистящий порошок «Дени», «Миф»	Тёмно-синий
Чистящий порошок «Dosia»
Чистящий порошок «Тайд»	Светло-синий
Чистящее средство «Lock»	Не изменился
Чистящее средство «Oven cleaner», фирма «Amwei»	Насыщенно тёмно-синий цвет, практически чёрный
Мыло «Детское», «Тик-так»	Светло-синий
Мыло «Dove»	Не изменился
Яблочный сок (самодельный)	Ярко-розовый

Альбуцид (глазные капли)	Ярко-синий
Почва для фиалок	Слабый светло-голубой, более тёмный по краям
Почва универсальная овощная	Слабый светло-голубой
Почва универсальная для цветов	Не изменился
Снег около лесных посадок	Не изменился
Снег вблизи проезжей части	Светло-розовый

Литература

Артамонов В.И. Занимательная физиология растений. – М.: Агропромиздат, 1991.
Бердоносов С.С., Бердоносов П.С. Справочник по общей химии. – М.: АСТ Астрель, 2002.
Головко Т.К. Дыхание растений (физиологические аспекты). – СПб: Наука, 1999.
Детская энциклопедия. – М.: Академия педагогических наук РСФСР, 1959.
Заленский О.В. Эколого-физиологические аспекты изучения фотосинтеза / Тимирязевские чтения. – Л.: Наука, 1977. Вып. 37. 57 с.
Лебедева Т.С., Сытник К.М. Пигменты растительного мира. – Киев: Наукова думка, 1986.
Ольгин О. Опыты без взрыва. – М.: Химия, 1986.
Пчелов А.М. Природа и ее жизнь. – Л.: Жизнь, 1990.
Эткинс П. Молекулы. – М.: Мир, 1991.

Фото М. и О.Бариновых

Для окрашивания продуктов питания применяют соки и экстракты из культурных и дикорастущих плодов и ягод - таких, как черника, ежевика, клюква, рябина, калина, черемуха, вишня, барбарис, виноград, черная смородина и т. п. Ягоды и соки из них сами по себе питательны и служат ценными вкусовыми и ароматическими компонентами ряда пищевых продуктов: кондитерских и ликеро-наливочных изделий, напитков и т. п. Эти изделия, кроме того, нуждаются также в дополнительном подкрашивании. Но пригодны соки - красители далеко не во всех случаях, так как концентрация красящих веществ в них относительно невелика.

Сырьем для изготовления натуральных красителей растительного происхождения кроме ягод являются также цветы и листья растений, плоды, корнеплоды и т. п. Наряду с культурными и дикорастущими растениями важным источником натуральных пищевых красителей могут быть отходы переработки растительного сырья на консервных и винодельческих заводах. Применение этих отходов (выжимок ягод и т. п.) в производстве некоторых пищевых продуктов наряду с ликвидацией дефицита в красителях способствует повышению уровня «рентабельности использования растительного сырья.

В винодельческой и плодоовощекоисервной отрас-. лях пищевой промышленности ежегодно образуется значительное количество растительных отходов, которые могут служить ценным сырьем для получения натуральных красителей. Так, в плодоовощной промышленности сырье используется только на 70-90% (24].

Содержание красящих веществ в растительном сырье относительно невелико, а количество других присутствующих химических соединений может превышать его в несколько раз. Это сахаристые, пектиновые, белковые вещества, органические кислоты, минеральные соли и т. п. Сами по себе эти вещества также полезны. Однако наличие их в сырье влияет на содержание красящих веществ в конечном продукте; по мере необходимости указанные химические элементы могут быть удалены в ходе технологического процесса приготовления красителя.

Следует учитывать и то, что в некоторых видах красильных растений могут присутствовать нежелательные примеси, такие, как алкалоиды, сильнодействующие физиологически активные гликозиды. Освобождение от них в достаточной степени не всегда возможно, а следовательно, нет полной гарантии в безопасности применения в пищевых целях полученного из таких растений красителя. Поэтому из множества растений, являющихся источниками красок различного назначения, лишь ограниченное количество их видов пригодно для получения натуральных пищевых красителей.

В связи с этим важнейшей задачей исследователей в этой области является выбор наиболее перспективного растительного сырья и оптимальных способов изготовления из него пищевых красителей.

Красящие вещества растительного происхождения разнообразны по химическому составу и структуре. Наиболее широко распространены красящие вещества, относящиеся по химической природе к флавоиоидным и каротиноидным соединениям, которые являются основой красных, оранжевых и желтых красителей.

Цвет растворимых в воде растительных пигментов 0.Уловлен в основном антоцианами.

Антоцианы - красящие вещества растений - от - к фенольным соединениям. Одной из харак - рных особенностей растительной клетки является

Образование фенольных соединений. Это вещества, содержащие в своей молекуле ароматическое (бензольное) кольцо, которое несет одну, две или более гид - роксильных группы . Важнейшая функция фенольных соединений в растительных тканях - их участие в окислительно-восстановительных процессах.

Известное в природе огромное разнообразие фенольных соединений можно разделить па трн основные группы в соответствии с их Углеродным скелетом: С6 - Ср, CG - Сз - и С6 - С3 - Сq-соединение.

К группе С6-Сі-соединений относятся оксибензой - ные кислоты: п-оксибеизойная, протокатеховая, ванилиновая, галловая и сиреневая. Они широко распространены в растениях. Присутствуют оксибензойные кислоты в растениях обычно в связанной форме и высвобождаются при гидролизе. Галловая кислота обнаружена в растениях как в свободном - виде, так и в виде димераметадигалловой кислоты. Депсиды (соединения со сложноэфирной связью, образуемой за счег феноль - ной гидроксильной группы одной молекулы фенолкар - боновой кислоты и карбоксильной группы другой) галловой кислоты представляют собой исходные продукты для образования гидролизуемых дубильных веществ.

Из Сб - Сі-соединений широко используется в пищевой промышленности, особенно в кондитерской отрасли, ванилин (альдегид ванилиновой кислоты), обладающий характерным приятным запахом. В виде глюкозида он содержится в плодах ванили.

Группа Се-Сз-соединений включает подгруппы ок - снкоричных кислот и кумаринов. Оксикорнчные кислоты- я-оксикоричная (я-кумаровая), кофейная, феруловая и синаповая - присутствуют в растениях как в свободном, так и в связанном виде.

В растениях часто встречаются сложные эфиры ок - сикоричных кислот (хинной и шикимовой), на-прнмер хлорогеновая (кофеил-3-хинная) кислота. Она широко распространена в растениях. Особенно большое количество хлорогеновой кислоты обнаруживается в прорастающих семенах подсолнечника и необжаренных зернах кофе. Определена она в какао-бобах, где также присутствует и неохлорогеновая (кофеил-5-хинная) кислота.

Кумарин - бесцветное кристаллическое вещество с приятным запахом, напоминающим запах сена. Чистый кумарин и цветы донника, в которых он содержится в основном в виде гликозидов, используются как ароматизаторы, чаще в парфюмерной промышленности.

Группа Сб - С3 - Сб-соединений особенно разнообразна. Фенольные соединения, относящиеся к этой группе, называются также флавоноидами. В молекуле фла - воноида содержится два бензольных ядра и одно гетероциклическое, содержащее кислород (называемое пирановым). Флавоноиды - производные флавана - в зависимости от степени окисленности (или восстанов - ленности) гетероциклического фрагмента могут быть разбиты на шесть основных подгрупп: катехины, лей - коантоцианы, флаваноны, антоцианы, флавоны и фла - вонолы . Отдельные группы флавоноидов отличаются друг от друга по "степени окисленности трех - углеродного фрагмента. Химическим путем (окислением или восстановлением) возможно осуществить переход от одной группы флавоноидов к другой. Большое разнообразие природных флавоноидов обусловлено как их строением, наличием асимметрических атомов углерода, так и способностью большинства из них образовывать гликозиды с моно-, ди - и даже трасахаридами. Отдельные группы флавоноидов значительно отличаются друг от друга по свойствам и биологической активности-

«Катехины - наиболее восстановленная группа фла - воноидных соединений.-Их строение может быть изображено так

"Сатин ОН

^Лаг°Даря наличию в молекуле двух асимметричес - х атомов углерода катехины встречаются в четырех

Несколько реже встречаются в растениях (-)-эпи - галлокатехин и (+)-галлокатехин (R = OH; R" = H). Характерной особенностью катехинов является образование зфиров с галловой кислотой (R"-галлоил): катехин - галлатов и галлокатехингаллатов.

Катехины представляют собой бесцветные кристаллические вещества, легко окисляющиеся и склонные к полимеризации. Они широко распространены в растениях, содержатся во многих съедобных плодах и ягодах (яблоки, груши, вишня, айва, персики, абрикосы, ежевика, земляника, брусника, смородина, рябина, виноград, малина и др.). Особенно богаты катехинами молодые побеги чайного растения, используемые для изготовления чая, а также нестандартное чайное сырье, из которого готовят натуральные чайные красители. В чайных побегах обнаружены в основном (-)-эпикатехин, (±)-катехин, (-)-эпигаллокатехин, (±)-галлока - техин, (-)-эпикатехингаллат, (-)-эпигаллокатехин-

Галлат, (-)-галлокатехингаллат и кверцетин {16, 18, 25, 28].

Окислительные превращения катехинов играют

ОН R,"= Н -нарингенин, ^~0\\-эрипдиктол. R=OCH3; \(=ОН-геслеритин

Содержатся они обычно в тканях растений в виде 7-моно - и ди-гликозидов следующих трех агликоиов: иарингенина (TR"= ОН; R" = Н), эриодиктиола (R = = R" = ОН) и гесиеретина (R = ОСН3; R" = ОН). Например, в кожуре грейпфрута присутствует 7-рамноглю - хозид иарингенина - нарингин, а в кожуре апельсина и мандарина - 7/-рамноглюкозид гесперетина - геспери - дин. Нарингин имеет горький вкус, гесперидин - нет. Вкус горечи зависит от строения сахарного остатка .

Флавоны - вещества, имеющие желтую окраску. В растениях обычно встречаются в виде гликозидов. Имеют следующее строение:

Эти агликоны наиболее распространены в растительном мире. Так, в петрушке, цветах хризантемы, в плодах кислого апельсина (Citrus aurantium) обнаружен апигенин, в пшенице и рисе - трицин.

Флавонолы - наиболее широко распространенные в растениях желтые красящие вещества. Образуют множество разнообразных глнкозидов, чаще всего являющихся производными агликонов: кемпферола (R = - R" = Н), кверцетина ("R = ОН; R" = Н) и мирицети - на (TR"=R"=OH)- Строение флавонолов следующее:

Из листьев чая выделен 3-глюкозид кемпферола ас - трагалин и 3-рамнозид кверцетина кверцитрин. Последний содержится в ягодах винограда - 3-рамноглюкозид кверцетина рутин встречается в растениях очень часто (28, 39].

Основу красящих веществ большинства натуральных красных красителей, как уже отмечалось, составляют антоцианы, широко распространенные в растительном мире. Пигменты красного цвета содержатся в разнообразных частях многих растений: в лепестках цветов, ягодах, корнеплодах и т. п. Сырьем для получения натуральных красных пищевых красителей в большинстве случаев служат ягоды культивируемых и дикорастущих растений, лепестки цветков отдельных видов растений, некоторые корнеплоды. Из ягод непосредственно перерабатываются на краситель в основном несъедобные в сыром виде и не используемые в производств"5 соков, вина и других продуктов питания. В этих случаях для приготовления красителя используют сок ягод. Например, натуральные красные красители получают кз сока ягод бузины, вороники и т. п.

В большинстве случаев красные красители получают из выжимок соответствующих ягод, остающихся при переработке их на соки или вино на консервных и винодельческих заводах. Так получают красители из выжимок темных сортов винограда, черноплодной рябины, черной смородины, черники и т. п.

Натуральный красный пищевой краситель получают также из сока столовой свеклы, красный цвет которой обусловлен наличием в ней азотсодержащих пигментов пирроловой природы - бетацианов. Из лепестков цветов получают натуральные красные красители, основу которых также составляют антоциановые пигменты. Они обладают индикаторными свойствами.

Характер и интенсивность окраски антоциановьгх пигментов изменяется в зависимости от реакций среды. В кислых растворах антоцианьг образуют истинные соли, в которых носителем красной окраски является катион флавилия. При уменьшении концентрации водородных ионов снижается и интенсивность окраски, которая при рН>8 переходит в фиолетовую, и при дальнейшем подщелачивании до рН 11 раствор окрашивается в синий цвет. Эти изменения цвета раствора обусловлены происходящими в молекуле антоцианов структурными изменениями под влиянием реакции среды.. Возникновение фиолетовой окраски по мере смещения рН среды в щелочную сторону связано с образованием основания красящего пигмента. Поэтому активная кислотность- величина рН натуральных красных пищевых красителей должна быть не более 3,5. Для получения интенсивных красных тонов окрашиваемые анто - циановьгми красителями пищевые изделия должны иметь кислую реакцию или в процессе окрашивания их следует подкислять.

^Способы получения натуральных пищевых красителей различны и зависят от вида перерабатываемого растительного сырья, его свойств и растворимости извлекаемого пигмента в том или ином растворителе.

При изготовлении аитоциановых красителей, а также при их применении следует по возможности избегать Длительного нагревания, воздействия высоких темпера - ТУР и щелочной среды.

Желтые или оранжевые окрашивающие натуральные гменты ОТНОСЯТСЯ |F=TW4UlЈ-X>r>raHH4PPK4Y соединений,

Называемых каротиноидами. Эти соединения нерастворимы в воде, но растворяются в органических растворителях. Каротиноиды относятся к группе сильно ненасыщенных углеводородов терпенового характера . Наиболее известными представителями натуральных желтых красящих веществ являются ликопин и каротин - пигмент, придающий специфическую окраску моркови, а также ксантофилл - желтый пигмент, который наряду с каротином содержится в зеленых частях растений. К ним близки по химическому строению и физико-химическим свойствам многие кислородсодержащие пигменты. Желтые растительные пигменты по предложению М. С. Цвета были объединены в одну группу и названы каротиноидами по красящему веществу моркови каротину. Они называются также липохромными красящими веществами, так как жирорастворимы и содержатся в животных и растительных жирах {89, 90].

Окраска семян.желтой кукурузы обусловлена содержащимися в них каротином и каротиноидами- зеаксантином С40Н56О2 и криптоксантином. Красная окраска помидоров, плодов шиповника и многих других плодов определяется в основном каротиноидом ликопи - ном; эмпирическая формула его С40Н56. Ликопин имеет 13 двойных связей, которые могут быть каталитически восстановлены. В результате образуется насыщенный углеводород С4оН82. Это показывает, что ликопин является алифатическим углеводородом.

Желто-красная окраска ликопина и легкая его окис - ляемость кислородом воздуха, свойственная также большинству других каротиноидов, обусловлены сопряжением многочисленных двойных связей. Этим же объясняется и интенсивное синее окрашивание, которое дают ликопин и другие каротиноиды с концентрированной серной кислотой (или с трихлоруксусной кислотой и др.). По-видимому, это окрашивание обусловлено образованием неустойчивых карбониевых солей . * Группа каротиноидов включает около 65-70 природных. пигментов. Каротиноиды содержатся в большинстве растений (за исключением некоторых грибов) и, вероятно, во всех животных организмах . Но концентрация каротиноидов почти всегда очень низка - В зеленых листьях она составляет примерно 0,07-0,2% на сухое вещество. 18

А-Каротин отличается от (3-изомера иным расположением двойных связей. а-Каротин плавится при температуре 187°С, р-каротин -при 183°С и у-каротин - при 178°С. Все три изомера каротина легко растворяются в хлороформе, сероуглероде и бензоле, но мало раст - оримы в петролейном эфире и почти нерастворимы в ирте. Каротин способен также к аутоокяслению. 2* 19

Эйлер установил, что каротин является стимулятором роста, необходимым животным и человеку. В животном организме каротин превращается в жирорастворимый витамин роста, - витамин А, представляющий собой продукт расщепления р-каротина.

* Каротины - это вещества, из которых образуется витамин А. Все другие природные каротиноиды являются производными ликопина и трех изомеров: а-, (і - и л-каротинов. Образуются они из указанных углеводородов путем введения гидроксильных, карбонильных или метоксильиых групп или путем частичной гидрогенизации или окисления. -

Каротиноиды играют важную роль в обмене веществ у растений и животных. В организме животных и человека они имеют большое значение как исходные вещества, из которых образуются витамины группы А, а также так называемый зрительный пурпур, участвующий в зрительном акте. Физиологическая роль каротп - ноидов в организме растений, как предполагают, проявляется в участии их в процессе фотосинтеза, дыхания и роста растений {39]. Однако окончательно это не выяснено. Химическое строение каротиноидов, содержащих значительное количество двойных связей, позволяет предположить, что в растениях они принимают участие в окислительно-восстановительных процессах. Различные кислородсодержащие растительные пигменты, в которых атомы кислорода полностью или большей частью содержатся в виде гидроксильных групп, представляют собой производные каротина.

"Способы получения желтых натуральных красителей основаны главным образом, на выделении каротн - ноидиых пигментов из растительного сырья. ♦ Хлорофилл, так же как и каротиноиды, относится к группе натуральных растительных пигментов, растворимых в жирах. Он обусловливает зеленую окраску растений и играет важную роль в процессе ассимиляции углекислого газа зеленым растением на свету - в процессе фотосинтеза. Зеленое красящее вещество растений - хлорофилл - находится в хлоропластах вместе с желтыми красителями: каротином, ксантофиллом и эпоксиксантофиллом, довольно широко распространенными в растительном мире.

Красящее вещество зеленого цвета растений неод-

Нородно и состоит из двух частей - сине-зеленого хлорофилла а" и желто-зеленого хлорофилла Ь. В молекуле обоих соединений содержится магний, и они имеют

Характер диэфиров.

Чистый хлорофилл в воде нерастворим, но образует

Коллоидный раствор. В спирте и водно-спиртовых смесях он дает истинные растворы. Для извлечения хлорофилла растительный материал обычно экстрагируют углеводородами с добавкой спирта, чистым спиртом или ацетоном. Следует отметить, что хлорофилл неустойчив в кислых средах, так как вследствие замены комплексно связанного магния на водород образует феофитин бурого цвета. Для повышения устойчивости хлорофилла осуществляют замену магния на медь. Так получают водорастворимый медный комплекс хлорофиллина - продукта частичного гидролиза хлорофилла.

Как отмечал Ч. Дарвин, хлорофилл представляет собой одно из интереснейших органических соединений живой, природы. Свойства хлорофилла в настоящее время изучены весьма подробно благодаря исследованиям М. В. Ненцкого, К - А. Тимирязева, М. С. Цвета,

Р. Вильштеттера, Г. Фишера и др.

Как уже отмечалось, существует два основных вида

Хлорофилла: хлорофилл а - Csa^Os^Mg и хлорофилл b - C55H7oOgN4Mg. От наличия хлорофилла зависит зеленый цвет многих плодов, так же как и других частей растений. Хлорофилл не только сам придает зеленую окраску, по часто маскирует присутствие других пигментов. Получение зеленых натуральных красителей из растительного сырья основано, главным образом, на выделении из - него хлорофиллового пигмента.

* Натуральный краситель синего цвета получают из тропического растения индиго. В настоящее время широкое распространение имеет синтетический краситель - индиго, который получают из антраниловой кислоты.

Производстве пищевых продуктов, особенно кон - д терских изделий, для их окраски наиболее приемле - ны"й ЦпЄтом является красный, желтый и отчасти зеле - до д Другие Разн°образные оттенки - от оранжевого вания°ЛЄТ0В0Г° ~~ полУчают в основном путем использо - лен разрешенных для применения в пищевой промыш - диго ТИ СИНтетических красителей -тартразина и ин-