يعرف العلماء ما هي أصباغ النبات - الأخضر والأرجواني والأصفر والأحمر. تسمى أصباغ النبات بالجزيئات العضوية الموجودة في الأنسجة وخلايا الكائن النباتي - بفضل هذه الادراج تكتسب اللون. في الطبيعة ، يوجد الكلوروفيل في كثير من الأحيان أكثر من غيره ، والذي يوجد في جسم أي نبات أعلى. يتم توفير ظلال برتقالية ضاربة إلى الحمرة وظلال صفراء بواسطة الكاروتينات.
ومزيد من التفاصيل؟
توجد أصباغ نباتية في الكرومو والبلاستيدات الخضراء. في المجموع ، يعرف العلم الحديث عدة مئات من أنواع المركبات من هذا النوع. نسبة عالية من جميع الجزيئات المكتشفة مطلوبة لعملية التمثيل الضوئي. كما أظهرت الاختبارات ، فإن الأصباغ هي مصادر الريتينول. يتم توفير ظلال وردية وحمراء واختلافات في الألوان البني والأزرق من خلال وجود الأنثوسيانين. لوحظت هذه الأصباغ في عصارة الخلايا النباتية. عندما تصبح الأيام أقصر خلال موسم البرد ،تتفاعل الأصباغ مع المركبات الأخرى الموجودة في جسم النبات ، مما يتسبب في تغيير لون الأجزاء الخضراء السابقة. تصبح أوراق الشجر مشرقة وملونة - في نفس الخريف الذي اعتدنا عليه.
أشهر
ربما يعرف كل طالب في المدرسة الثانوية تقريبًا مادة الكلوروفيل ، وهي صبغة نباتية ضرورية لعملية التمثيل الضوئي. بسبب هذا المركب ، يمكن لممثل عالم النبات امتصاص ضوء الشمس. ومع ذلك ، على كوكبنا ، لا يمكن للنباتات فقط أن توجد بدون الكلوروفيل. كما أظهرت دراسات أخرى ، هذا المركب لا غنى عنه تمامًا للبشرية ، لأنه يوفر حماية طبيعية ضد عمليات السرطان. لقد ثبت أن الصباغ يمنع المواد المسرطنة ويضمن حماية الحمض النووي من الطفرات تحت تأثير المركبات السامة.
الكلوروفيل هو الصباغ الأخضر للنباتات ، ويمثل جزيء كيميائيًا. يتم ترجمتها في البلاستيدات الخضراء. بسبب هذا الجزيء ، تكون هذه المناطق ملونة باللون الأخضر. والجزيء في تركيبته عبارة عن حلقة بورفيرين. بسبب هذه الخصوصية ، فإن الصباغ يشبه الهيم ، وهو عنصر هيكلي للهيموغلوبين. يكمن الاختلاف الرئيسي في الذرة المركزية: في الهيم ، يأخذ الحديد مكانه ؛ وبالنسبة للكلوروفيل ، المغنيسيوم هو الأكثر أهمية. اكتشف العلماء هذه الحقيقة لأول مرة في عام 1930. وقع الحدث بعد 15 عامًا من اكتشاف Willstatter للمادة.
الكيمياء والبيولوجيا
أولاً ، وجد العلماء أن الصبغة الخضراء في النباتات تأتي في نوعين ، تم تسميتهما باسم اثنينالأحرف الأولى من الأبجدية اللاتينية. لا يزال الفرق بين الأصناف ، على الرغم من صغره ، موجودًا ، وهو أكثر وضوحًا في تحليل السلاسل الجانبية. بالنسبة للصنف الأول ، يلعب CH3دوره ، بالنسبة للنوع الثاني - CHO. ينتمي كلا الشكلين من الكلوروفيل إلى فئة المستقبلات الضوئية النشطة. بسببهم ، يمكن للمصنع امتصاص عنصر الطاقة للإشعاع الشمسي. بعد ذلك ، تم تحديد ثلاثة أنواع أخرى من الكلوروفيل.
في العلم ، تسمى الصبغة الخضراء في النباتات الكلوروفيل. من خلال التحقيق في الاختلافات بين النوعين الرئيسيين لهذا الجزيء المتأصل في الغطاء النباتي العالي ، وجد أن الأطوال الموجية التي يمكن أن تمتصها الصبغة تختلف إلى حد ما بالنسبة للنوعين A و B. في الواقع ، وفقًا للعلماء ، تكمل الأنواع بشكل فعال كل منهما أخرى ، وبالتالي تزويد المصنع بالقدرة على زيادة امتصاص الكمية المطلوبة من الطاقة. عادةً ما يُلاحظ النوع الأول من الكلوروفيل بتركيز أعلى بثلاث مرات من النوع الثاني. معا يشكلون صبغة نباتية خضراء. توجد ثلاثة أنواع أخرى فقط في الأشكال النباتية القديمة.
ميزات الجزيئات
بدراسة بنية أصباغ النبات ، وجد أن كلا النوعين من الكلوروفيل عبارة عن جزيئات تذوب في الدهون. تذوب الأصناف الاصطناعية التي تم إنشاؤها في المختبرات في الماء ، لكن امتصاصها في الجسم ممكن فقط في وجود المركبات الدهنية. تستخدم النباتات الصبغة لتوفير الطاقة للنمو. في النظام الغذائي للناس ، يتم استخدامه لغرض الشفاء.
الكلوروفيل ، مثليمكن أن يعمل الهيموغلوبين بشكل طبيعي وينتج الكربوهيدرات عند توصيله بسلاسل البروتين. بصريًا ، يبدو أن البروتين عبارة عن تكوين بدون نظام وبنية واضحين ، لكنه صحيح بالفعل ، ولهذا السبب يمكن للكلوروفيل أن يحافظ بثبات على موقعه الأمثل.
ميزات النشاط
وجد العلماء ، الذين درسوا هذه الصبغة الرئيسية للنباتات العليا ، أنها موجودة في جميع الخضر: القائمة تشمل الخضار والطحالب والبكتيريا. الكلوروفيل مركب طبيعي تمامًا. بطبيعته ، لديه صفات الحامي ويمنع تحول وطفرة الحمض النووي تحت تأثير المركبات السامة. تم تنظيم عمل بحثي خاص في حديقة النباتات الهندية في معهد البحوث. اكتشف العلماء أن الكلوروفيل الذي يتم الحصول عليه من الأعشاب الطازجة يمكن أن يقي من المركبات السامة والبكتيريا المرضية ويهدئ أيضًا نشاط الالتهاب.
الكلوروفيل قصير العمر. هذه الجزيئات هشة للغاية. تؤدي أشعة الشمس إلى موت الصبغة ، لكن الورقة الخضراء قادرة على توليد جزيئات جديدة وجديدة تحل محل أولئك الذين خدموا رفاقهم. في فصل الخريف ، يتوقف إنتاج الكلوروفيل ، وبالتالي تفقد أوراق الشجر لونها. ظهرت أصباغ أخرى في المقدمة ، مخفية سابقًا عن أعين مراقب خارجي.
لا يوجد حد للتنوع
تنوع أصباغ النباتات المعروفة للباحثين المعاصرين كبير بشكل استثنائي. من عام إلى عام ، يكتشف العلماء المزيد والمزيد من الجزيئات الجديدة. أجريت مؤخرا نسبياجعلت الدراسات من الممكن إضافة ثلاثة أنواع أخرى إلى نوعي الكلوروفيل المذكورين أعلاه: C، C1 ، E. ومع ذلك ، لا يزال النوع A هو الأكثر أهمية. أكثر تنوعا. هذه الفئة من الأصباغ معروفة جيدًا للعلم - ويرجع ذلك إلى أن جذور الجزر والعديد من الخضروات والفواكه الحمضية وغيرها من هدايا العالم النباتي تكتسب ظلالًا. أظهرت الاختبارات الإضافية أن طيور الكناري لها ريش أصفر بسبب الكاروتينات. كما أنها تعطي لونًا لصفار البيض. نظرًا لوفرة الكاروتينات ، يتمتع السكان الآسيويون بلون بشرة غريب.
لا يوجد لدى الإنسان ولا ممثلي عالم الحيوان ميزات الكيمياء الحيوية التي من شأنها أن تسمح بإنتاج الكاروتينات. تظهر هذه المواد على أساس فيتامين أ ، وقد ثبت ذلك من خلال الملاحظات على أصباغ النبات: إذا لم يتلق الدجاج نباتًا مع الطعام ، فسيكون صفار البيض ذا ظل ضعيف جدًا. إذا تم تغذية الكناري بكمية كبيرة من الطعام المخصب بالكاروتينات الحمراء ، فإن ريشه سيأخذ ظلًا أحمر فاتحًا.
ميزات غريبة: الكاروتينات
تسمى الصبغة الصفراء في النباتات كاروتين. لقد وجد العلماء أن الزانثوفيل يوفر صبغة حمراء. يتزايد باستمرار عدد ممثلي هذين النوعين المعروفين لدى المجتمع العلمي. في عام 1947 ، عرف العلماء حوالي سبعة عشر من الكاروتينات ، وبحلول عام 1970 كان هناك بالفعل أكثر من مائتي نوع. هذا يشبه إلى حد ما تقدم المعرفة في مجال الفيزياء: أولاً عرفوا الذرات ، ثم الإلكترونات والبروتونات ، ثم كشفوا لاحقًاحتى الجسيمات الأصغر ، التي تستخدم الحروف فقط لتعيينها. هل يمكن الحديث عن الجسيمات الأولية؟ كما أظهرت اختبارات الفيزيائيين ، من السابق لأوانه استخدام مثل هذا المصطلح - لم يتم تطوير العلم بعد إلى الحد الذي كان من الممكن العثور عليه ، إن وجد. لقد نشأ وضع مماثل مع الأصباغ - من سنة إلى أخرى يتم اكتشاف أنواع وأنواع جديدة ، وعلماء الأحياء يفاجئون فقط ، غير قادرين على تفسير الطبيعة متعددة الجوانب.
حول الوظائف
لا يمكن للعلماء المشاركين في أصباغ النباتات الأعلى تفسير سبب ولماذا قدمت الطبيعة مثل هذا التنوع الواسع من جزيئات الصبغة. تم الكشف عن وظائف بعض الأصناف الفردية. لقد ثبت أن الكاروتين ضروري لضمان سلامة جزيئات الكلوروفيل من الأكسدة. ترجع آلية الحماية إلى ميزات الأكسجين القميص ، الذي يتكون أثناء تفاعل التمثيل الضوئي كمنتج إضافي. هذا المركب شديد العدوانية.
ميزة أخرى للصبغة الصفراء في الخلايا النباتية هي قدرتها على زيادة فترة الطول الموجي المطلوبة لعملية التمثيل الضوئي. في الوقت الحالي ، لم يتم إثبات هذه الوظيفة تمامًا ، ولكن تم إجراء الكثير من الأبحاث للإشارة إلى أن الدليل النهائي للفرضية ليس بعيدًا. تمتص جزيئات الصبغة الصفراء الأشعة التي لا تستطيع صبغة النبات الأخضر امتصاصها. ثم يتم توجيه الطاقة إلى الكلوروفيل لمزيد من التحول.
أصباغ: مختلفة جدا
باستثناء البعضأنواع مختلفة من الكاروتينات ، أصباغ تسمى الأورون ، لها لون أصفر. يشبه تركيبها الكيميائي من نواح كثيرة مركبات الفلافون. هذه الأصباغ لا تحدث في كثير من الأحيان في الطبيعة. تم العثور عليها في منشورات ، ونورات أكساليس وأنف العجل ، أنها توفر لون اللب. هذه الأصباغ لا تتسامح مع دخان التبغ. إذا تبخرت نباتًا بسيجارة ، فسوف يتحول لونه إلى اللون الأحمر على الفور. يؤدي التوليف البيولوجي الذي يحدث في الخلايا النباتية بمشاركة الكالكون إلى إنتاج مركبات الفلافونول والفلافون والأورونات.
يحتوي كل من الحيوانات والنباتات على مادة الميلانين. يوفر هذا الصباغ لونًا بنيًا للشعر ، وبفضله يمكن أن يتحول تجعيد الشعر إلى اللون الأسود. إذا كانت الخلايا لا تحتوي على مادة الميلانين ، فإن ممثلي عالم الحيوان يصبحون ألبينوس. في النباتات ، توجد الصبغة في جلد العنب الأحمر وفي بعض النورات في البتلات.
أزرق وأكثر
الغطاء النباتي يحصل على لونه الأزرق بفضل فيتوكروم. وهي عبارة عن صبغة نباتية بروتينية مسؤولة عن التحكم في الإزهار. ينظم إنبات البذور. من المعروف أن فيتوكروم يمكنه تسريع ازدهار بعض ممثلي عالم النبات ، بينما لدى البعض الآخر عملية تباطؤ معاكسة. إلى حد ما ، يمكن مقارنتها بساعة ، لكنها بيولوجية. في الوقت الحالي ، لا يعرف العلماء بعد كل تفاصيل آلية عمل الصبغة. وجد أن تركيب هذا الجزيء يتم تعديله حسب الوقت من النهار والضوء ، وينقل المعلومات حول مستوى الضوء في البيئة إلى النبات.
صبغة زرقاء فيالنباتات - أنثوسيانين. ومع ذلك ، هناك العديد من الأصناف. لا يعطي الأنثوسيانين اللون الأزرق فحسب ، بل اللون الوردي أيضًا ، بل يشرحون أيضًا الألوان الحمراء والأرجوانية ، وأحيانًا أرجواني داكن وغني. لوحظ التوليد النشط للأنثوسيانين في الخلايا النباتية عندما تنخفض درجة الحرارة المحيطة ، ويتوقف إنتاج الكلوروفيل. يتغير لون أوراق الشجر من الأخضر إلى الأحمر والأحمر والأزرق. بفضل الأنثوسيانين ، تحتوي الورود والخشخاش على أزهار قرمزية زاهية. نفس الصباغ يفسر ظلال إبرة الراعي ونورات الذرة. بفضل المجموعة الزرقاء من الأنثوسيانين ، تتمتع بلوبيلس بلونها الرقيق. لوحظت أنواع معينة من هذا النوع من الأصباغ في العنب والملفوف الأحمر. توفر الأنثوسيانين تلوين الخوخ والخوخ.
مشرق ومظلم
الصباغ الأصفر المعروف ، والذي أطلق عليه العلماء anthochlor. وجد في جلد بتلات زهرة الربيع. تم العثور على أنثوكلور في أزهار الربيع ، أزهار الكبش. فهي غنية بالخشخاش من الأصناف الصفراء والدالياس. يعطي هذا الصباغ لونًا لطيفًا لنورات الضفدع ، ثمار الليمون. تم التعرف عليه في بعض النباتات الأخرى.
الأنثوفين نادر نسبيًا في الطبيعة. هذه صبغة داكنة. بفضله ، ظهرت نقاط محددة على كورولا بعض البقوليات.
جميع الأصباغ الساطعة من تصميم الطبيعة للتلوين المحدد لممثلي عالم النبات. بفضل هذا التلوين ، يجذب النبات الطيور والحيوانات. هذا يضمن انتشار البذور.
حول الخلايا والبنية
محاولة تحديدمدى قوة لون النباتات يعتمد على الأصباغ ، وكيف يتم ترتيب هذه الجزيئات ، ولماذا عملية التصبغ بأكملها ضرورية ، اكتشف العلماء أن البلاستيدات موجودة في جسم النبات. هذا هو الاسم الذي يطلق على الأجسام الصغيرة التي قد تكون ملونة ولكنها عديمة اللون أيضًا. هذه الهيئات الصغيرة هي فقط وحصريًا بين ممثلي عالم النبات. تم تقسيم جميع البلاستيدات إلى بلاستيدات خضراء ذات صبغة خضراء ، وبلاستيدات ملونة بأشكال مختلفة من الطيف الأحمر (بما في ذلك الظلال الصفراء والانتقالية) ، والبلاستيدات البيضاء. هذا الأخير ليس له أي ظلال.
عادة ، تحتوي الخلية النباتية على نوع واحد من البلاستيدات. أظهرت التجارب قدرة هذه الهيئات على التحول من نوع إلى نوع. تم العثور على البلاستيدات الخضراء في جميع أعضاء النبات المصبوغة باللون الأخضر. غالبًا ما يتم ملاحظة Leukoplasts في أجزاء مخفية عن أشعة الشمس المباشرة. يوجد الكثير منهم في الجذور ، ويوجدون في الدرنات ، وجزيئات الغربال لبعض أنواع النباتات. تعتبر الكروموبلاستس نموذجية للبتلات والفواكه الناضجة. أغشية الثايلاكويد غنية بالكلوروفيل والكاروتينات. لا تحتوي Leucoplasts على جزيئات الصباغ ، ولكن يمكن أن تكون موقعًا لعمليات التوليف وتراكم المركبات الغذائية - البروتينات والنشا وأحيانًا الدهون.
ردود الفعل والتحولات
بدراسة أصباغ التمثيل الضوئي للنباتات العليا ، وجد العلماء أن البلاستيدات الملونة باللون الأحمر بسبب وجود الكاروتينات. من المقبول عمومًا أن البلاستيدات الملونة هي الخطوة الأخيرة في تطوير البلاستيدات. من المحتمل أنها تظهر أثناء تحول الليوكو ، البلاستيدات الخضراء عندما يتقدمون في العمر. إلى حد كبيريحدد وجود مثل هذه الجزيئات لون أوراق الشجر في الخريف ، وكذلك الزهور والفواكه الزاهية التي ترضي العين. يتم إنتاج الكاروتينات عن طريق الطحالب والعوالق النباتية والنباتات. يمكن أن تتولد عن طريق بعض البكتيريا والفطريات. الكاروتينات مسؤولة عن لون الممثلين الأحياء لعالم النبات. بعض الحيوانات لديها أنظمة الكيمياء الحيوية ، والتي بسببها تتحول الكاروتينات إلى جزيئات أخرى. يتم الحصول على المواد الأولية لمثل هذا التفاعل من الغذاء.
وفقًا لملاحظات طيور النحام الوردي ، تقوم هذه الطيور بجمع وتصفية سبيرولينا وبعض الطحالب الأخرى للحصول على صبغة صفراء ، تظهر بعدها الكانتازانثين ، أستازانتين. هذه الجزيئات هي التي تعطي ريش الطيور مثل هذا اللون الجميل. العديد من الأسماك والطيور وجراد البحر والحشرات لها ألوان زاهية بسبب الكاروتينات التي يتم الحصول عليها من النظام الغذائي. يتم تحويل بيتا كاروتين إلى بعض الفيتامينات التي تستخدم لفائدة الإنسان - فهي تحمي العين من الأشعة فوق البنفسجية.
أحمر وأخضر
بالحديث عن أصباغ التمثيل الضوئي للنباتات العليا ، تجدر الإشارة إلى أنها تستطيع امتصاص فوتونات موجات الضوء. ويلاحظ أن هذا ينطبق فقط على جزء الطيف المرئي للعين البشرية ، أي بطول موجة في حدود 400-700 نانومتر. يمكن لجزيئات النبات أن تمتص فقط الكميات التي تحتوي على احتياطيات طاقة كافية لتفاعل البناء الضوئي. الامتصاص هو المسؤول الوحيد عن الأصباغ. لقد درس العلماء أقدم أشكال الحياة في عالم النبات - البكتيريا والطحالب.ثبت أنها تحتوي على مركبات مختلفة يمكنها قبول الضوء في الطيف المرئي. يمكن لبعض الأصناف استقبال موجات ضوئية من الإشعاع لا تراها العين البشرية - من كتلة بالقرب من الأشعة تحت الحمراء. بالإضافة إلى الكلوروفيل ، يتم تعيين هذه الوظيفة بطبيعتها إلى بكتيريورودوبسين ، جرثومي كلوروفيل. أظهرت الدراسات أهمية تفاعلات تخليق phycobilins والكاروتينات.
يختلف تنوع أصباغ التمثيل الضوئي للنبات من مجموعة إلى أخرى. يتم تحديد الكثير من خلال الظروف التي يعيش فيها شكل الحياة. ممثلو عالم النبات الأعلى لديهم مجموعة متنوعة من الأصباغ أصغر من الأصناف القديمة التطورية.
ما الذي يدور حوله
بدراسة أصباغ التمثيل الضوئي للنباتات ، وجدنا أن الأشكال النباتية الأعلى تحتوي على نوعين فقط من الكلوروفيل (مذكور سابقًا أ ، ب). كلا النوعين من البورفيرينات التي تحتوي على ذرة مغنيسيوم. يتم تضمينها في الغالب في مجمعات حصاد الضوء التي تمتص الطاقة الضوئية وتوجهها إلى مراكز التفاعل. تحتوي المراكز على نسبة صغيرة نسبيًا من إجمالي الكلوروفيل من النوع 1 الموجود في النبات. هنا تحدث التفاعلات الأولية المميزة لعملية التمثيل الضوئي. الكلوروفيل مصحوب بالكاروتينات: كما وجد العلماء ، عادة ما يكون هناك خمسة أنواع منها ، لا أكثر. تجمع هذه العناصر الضوء أيضًا.
الذوبان ، الكلوروفيل ، الكاروتينات هي أصباغ نباتية لها أشرطة امتصاص الضوء الضيقة التي تكون متباعدة تمامًا عن بعضها البعض. الكلوروفيل لديه القدرة على أكثر فعاليةتمتص الموجات الزرقاء ، ويمكنها العمل مع الموجات الحمراء ، لكنها تلتقط الضوء الأخضر بشكل ضعيف للغاية. يتم توفير تمدد الطيف والتداخل بواسطة البلاستيدات الخضراء المعزولة من أوراق النبات دون صعوبة كبيرة. تختلف أغشية البلاستيدات الخضراء عن المحاليل ، حيث يتم دمج مكونات التلوين مع البروتينات والدهون ، وتتفاعل مع بعضها البعض ، وتنتقل الطاقة بين المجمعات ومراكز التراكم. إذا أخذنا في الاعتبار طيف امتصاص الضوء للورقة ، فسوف يتضح أنه أكثر تعقيدًا ، وسلسًا من بلاستيدات خضراء واحدة.
انعكاس وامتصاص
عند دراسة أصباغ أوراق النبات ، وجد العلماء أن نسبة معينة من الضوء الذي يسقط على الورقة ينعكس. تم تقسيم هذه الظاهرة إلى نوعين: مرآة ، منتشرة. يقولون عن الأول إذا كان السطح لامعًا وسلسًا. يتكون انعكاس الصفيحة في الغالب من النوع الثاني. يتسرب الضوء إلى السماكة وينتشر ويغير الاتجاه ، حيث توجد أسطح منفصلة بمؤشرات انكسار مختلفة في الطبقة الخارجية وداخل الصفيحة. لوحظت تأثيرات مماثلة عندما يمر الضوء عبر الخلايا. لا يوجد امتصاص قوي ، المسار البصري أكبر بكثير من سماكة الصفيحة ، مقاساً هندسياً ، والورقة قادرة على امتصاص ضوء أكثر من الصباغ المستخرج منها. تمتص الأوراق أيضًا طاقة أكبر بكثير من البلاستيدات الخضراء التي تمت دراستها بشكل منفصل.
نظرًا لوجود أصباغ نباتية مختلفة - حمراء وخضراء وما إلى ذلك - على التوالي ، فإن ظاهرة الامتصاص غير متساوية. الورقة قادرة على إدراك الضوء بأطوال موجية مختلفة ، لكن كفاءة العملية ممتازة.أعلى قدرة امتصاص لأوراق الشجر الخضراء متأصلة في الكتلة البنفسجية من الطيف ، الأحمر والأزرق والأزرق. لا يتم تحديد قوة الامتصاص عمليا بمدى تركيز الكلوروفيل. هذا يرجع إلى حقيقة أن الوسيط لديه قوة تشتت عالية. إذا لوحظت الأصباغ بتركيز عالٍ ، يحدث الامتصاص بالقرب من السطح.
