Биолошки пигмент

С Википедије, слободне енциклопедије
Аустралијска тигрица добија своју жуту боју од пситакофулвин пигмента, а зелену боју од комбинације истог жутог пигмента и плаве структурне боје. Плавој и белој птици у позадини недостаје жути пигмент. Тамне ознаке на обе птице потичу од црног пигмента еумеланина.

Биолошки пигменти, такође познати једноставно као пигменти или биохроми,[1] су супстанце које производе живи организми који имају боју која је резултат селективне апсорпције боје. Биолошки пигменти обухватају биљне пигменте и цветне пигменте. Многе биолошке структуре, као што су кожа, очи, перје, крзно и коса садрже пигменте као што је меланин у специјализованим ћелијама које се називају хроматофоре. Код неких врста, пигменти се скупљају током веома дугих периода живота појединца.[2]

Боја пигмента се разликује од структурне боје по томе што је иста за све углове гледања, док је структурна боја резултат селективног одбијања или преливања, обично због вишеслојних структура. На пример, крила лептира обично садрже структуралну боју, иако многи лептири имају и ћелије које садрже пигмент.[3]

Биолошки пигменти[уреди | уреди извор]

Коњуговани системи су област хемије која се бави пигментним молекулима. Неке од класа тих молекула су:

Пигменти у биљкама[уреди | уреди извор]

Просторно-попуњавајући модел молекула хлорофила.
Антоцијанин даје овим цветовима њихову љубичасту пигментацију.

Примарна функција пигмената у биљкама је фотосинтеза, која користи зелени пигмент хлорофил и неколико других пигмената који апсорбују што је више могуће светлосне енергије. Остале функције пигмената у биљкама укључују привлачење инсеката на цвеће како би се подстакло опрашивање.

Биљни пигменти обухватају многе молекуле, као што су порфирини, каротеноиди, антоцијанини и беталаини. Сви биолошки пигменти селективно апсорбују одређене таласне дужине светлости, а рефлектују друге.[4][5]

Главни одговорни пигменти су:

  • Хлорофил је примарни пигмент у биљкама; он је хлорин који апсорбује жуте и плаве таласне дужине светлости, зелене рефлектује. Присуство и релативно изобиље хлорофила даје биљкама њихову зелену боју. Све копнене биљке и зелене алге поседују две форме тог пигмента: хлорофил а и хлорофил б. Келпи, диатоми, и други фотосинтетички хетероконти садрже хлорофил ц уместо б, док црвене алге поседују само хлорофил а. Сви хлорофили служе као примарна средства која биљке користе да пресретну светлост како би напајале фотосинтезу.
  • Каротеноиди су црвени, наранџасти, или жути тетратерпеноиди. Током процеса фотосинтезе, они имају функције у сакупљању светлости (као помоћни пигменти), у фотопротекцији (дисипацији енергије преко нефотохемијског сузбијања, као и синглетно уклањање кисеоника ради спречавања фотооксидативног оштећења), а такође служе као структурни елементи протеина. У вишим биљкама, они такође делују као прекурсори биљног хормона апсцисинске киселине.

Биљке генерално садрже шест свеприсутних каротеноида: неоксантин, виолаксантин, антераксантин, зеаксантин, лутеин и β-царотене.[6] Лутеин је жути пигмент присутан у воћу и поврћу, и он је најзаступљенији каротеноид у биљкама. Ликопен је црвени пигмент одговоран за боју парадајз. Други мање заступљени каротеноиди у биљкама обухватају лутеин епоксид (у многим дрвастим врстама), лактукаксантин (присутан у салати), и алфа каротен (присутан у шаргарепи).[7] У цијанобактеријама постоје многи други каротеноиди, као што су кантаксантин, миксоксантофил, синехоксантин, и ехиненон. Алгални фототрофи, као што су динофлагелате, користе перидинин као пигмент за убирање светлости. Док се каротеноиди могу наћи у комлексима унутар хлорофил-везујућих протеина, као што су фотосинтетички реакциони центрис и комплекси убирања светлости, они су исто тако присутни унутар наменских каротенодних протеина као што је наранџасти каротеноидни протеин цијанобактерија.

  • Антоцијанини (дословно „цветно плаво”) су у води растворни флавоноидни пигменти који могу да буду црвене до плаве боје, у зависности од pH. Они се јављају у свим ткивима виших биљака, обезбеђујући боју у листовима, стаблу биљке, корену, цвећу и плодовима, мада не увек у довољним количинама да би били приметни. Антоцијанини су највидљивији у латицама цвећа многих врста.[5]
Bougainvillea листићима боју дају беталаини
  • Беталаини су црвени или жути пигменти. Попут антоцијанина они су растворни у води, али за разлику од антоцијанина они се синтетишу из тирозина. Ова класа пигмената се налази само у реду Caryophyllales (укључујући кактус и амарант), и никад се не јавља у биљкама са антоцијанинима.[5] Беталаини су одговорни за дубоку црвену боју цвекли.

Посебно уочљива манифестација пигментације у биљкама је у јесењој боји листова, што је феномен који погађа нормално зелено лишће многих листопадних стабала и грмља, при чему се током неколико недеља у јесењој сезони развију различите нијансе црвене, жуте, љубичасте и смеђе боје.[8] Хлорофил се деградира у безбојне тетрапироле познате као нефлуоресцентни хлорофилски катаболити (NCC).[9] Како се предоминантни хлорофили разграђују, долазе до изражаја скривени пигменти жутих ксантофила и наранчастог бета-каротена. Ови пигменти су присутни током целе године, док су црвени пигменти, антоцијани, синтетисани де ново након што је око половине хлорофила деградирано. Аминокиселине које се ослобађају при деградацији комплекса за убирање светлости, чувају се током зиме у корену дрвета, гранама и стабљикама до следећег пролећа када се рециклирају да би стабло поновно олистало.

Пигменти у животињама[уреди | уреди извор]

Пигментацију користе многе животиње за заштиту, као средство за камуфлажу, мимикрију или као боју упозорења. Неке животиње, укључујући рибе, водоземце и главоношце, користе пигментисане хроматофоре како би осигурале камуфлажу која варира да би се ускладила са позадином. Пигментација се користи за сигнализирање између животиња, као што су удварање и репродуктивно понашање. На пример, неки главоношци користе своје хроматофоре да комуницирају.

Фотопигмент родопсин пресреће светлост у првом кораку перцепције светлости. Пигменти коже као што је меланин могу заштитити ткиво од опекотина од сунца ултраљубичастим зрачењем. Неке биолошке структуре код животиња, као што су хем групе које помажу у преносу кисеоника у крви, обојене су као резултат њихове структуре. Њихова боја нема заштитну или сигнализациону функцију.

Болести и стања[уреди | уреди извор]

Постоје разне болести и абнормална стања која обухватају пигментацију код људи и животиња, било због одсуства или губитка пигментације или пигментних ћелија, или због прекомерне производње пигмента.

  • Албинизам је наследни поремећај карактерисан потпуним или делимичним губитком меланина. Људи и животиње које пате од албинизма називају се „албинистима” (термин „албино” се исто тако понекад користи, мада се може сматрати увредљивим када се примењује на људе).
  • Ламеларна ихтиоза, која се назива и „болест рибљих крљушти”, је наследно стање у којем је један од симптома вишак производње меланина. Кожа је тамнија него што је нормално, и карактерисана је затамљеним, љускавим, сувим мрљама.
  • Мелазма је стање у којем се на лицу појављују тамно смеђе пигментне мрље, под утицајем хормонских промена. Када се јави током трудноће, ово стање се назива маска трудноће.
  • окуларна пигментација је акумулација пигмента у оку, и може да буде узрокована леком латанопрост.[10]
  • Витилиго је стање у коме долази до губитка ћелија које производе пигмент, званих меланоцити, у деловима коже.

Пигменти у морским животињама[уреди | уреди извор]

Каротеноиди и каротенопротеини[уреди | уреди извор]

Каротеноиди су најчешћа група пигмената који се налазе у природи.[11] Преко 600 различитих врста каротеноида се налази у животињама, биљкама и микроорганизмима.

Животиње немају способност прављења сопствених каротеноида и стога се ослањају на биљке за ове пигменте. Каротенопротеини су нарочито чести код морских животиња. Ови комплекси су одговорни за различите боје (црвене, љубичасте, плаве, зелене итд.) које морски бескичмењаци користе за ритуал парења и за камуфлажу. Постоје два главна типа каротенопротеина: тип А и тип Б. Тип А обухвата каротеноиде (хромоген) који су стехиометријски повезани са једноставним протеином (гликопротеином). Други тип, тип Б, обухвата каротеноиде који су повезани са липопротеином и обично су мање стабилни. Док се тип А обично налази на површини (шкољке и коже) морских бескичмењака, тип Б се обично налази у јајима, јајницима и крви. Боје и карактеристична апсорпција ових каротенопротеинских комплекса заснивају се на хемијском везивању хромогена и протеинских подјединица.

На пример, плави каротенопротеин, линкијацијанин садржи око 100-200 молекула каротеноида по сваком комплексу.[12] Поред тога, функције ових комплекса пигментних протеина такође мењају своју хемијску структуру. Каротенопротеини који су унутар фотосинтетске структуре су чешћи, али компликовани. Пигментно-протеински комплекси који су изван фотосинтетског система су ређи, и имају једноставнију структуру.

Уобичајени каротеноид код животиња је астаксантин, који даје пурпурно-плави и зелени пигмент. Боја астаксантина настаје стварањем комплекса са протеинима у одређеном редоследу. На пример, крустохрин има око 20 молекула астаксантина везаних за протеин. Када комплекси формирају ексцитон-екцитон интеракције, долази до смањења максимума апсорбанције, чиме се мења боја различитих пигмената.

Код јастога постоје различити типови комплекса астаксантин-протеина. Први је крустацијанин (максимално 632 nm), шкриљато-плави пигмент који се налази у оклопу јастога. Други је крустохрин (максимално 409 nm), жути пигмент који се налази на спољњем слоју карапакса. На крају, липогликопротеин и ововердин формирају светло зелени пигмент који је обично присутан у спољашњим слојевима карапакса и јајима јастога.[13][14]

Референце[уреди | уреди извор]

  1. ^ „биоцхроме - биологицал пигмент”. Енцyцлопæдиа Британница. Приступљено 27. 1. 2010. 
  2. ^ Лацкманн, Алец Р.; Андреwс, Аллен Х.; Бутлер, Малцолм Г.; Биелак-Лацкманн, Еwелина С.; Цларк, Марк Е. (23. 5. 2019). „Бигмоутх Буффало Ицтиобус цyпринеллус сетс фресхwатер телеост рецорд ас импровед аге аналyсис ревеалс центенариан лонгевитy”. Цоммуницатионс Биологy (на језику: енглески). 2 (1). ИССН 2399-3642. дои:10.1038/с42003-019-0452-0. 
  3. ^ Ставенга, D. Г.; Леертоуwер, Х. L.; Wилтс, Б. D. (2014). „Цолоратион принциплес оф нyмпхалине буттерфлиес - тхин филмс, меланин, оммоцхромес анд wинг сцале стацкинг”. Јоурнал оф Еxпериментал Биологy. 217 (12): 2171. ПМИД 24675561. дои:10.1242/јеб.098673. 
  4. ^ Гротеwолд, Е. (2006). „Тхе Генетицс анд Биоцхемистрy оф Флорал Пигментс”. Аннуал Ревиеw оф Плант Биологy. 57: 761. дои:10.1146/аннурев.арплант.57.032905.105248. 
  5. ^ а б в Лее, ДW (2007) Натуре'с палетте - тхе сциенце оф плант цолор. Университy оф Цхицаго Пресс
  6. ^ Yоунг АЈ, Пхиллип D, Савилл Ј. Царотеноидс ин хигхер плант пхотосyнтхесис. Ин: Пессараки M, ед. Хандбоок оф Пхотосyнтхесис, Неw Yорк, Таyлор анд Францис, 1997: пп. 575-596.
  7. ^ Гарцíа-Плазаола ЈИ, Матсубара С, Осмонд ЦБ. Тхе лутеин епоxиде цyцле ин хигхер плантс: итс релатионсхипс то отхер xантхопхyлл цyцлес анд поссибле фунцтионс. Фунцт. Плант Биол. 2007; 34: 759-773.
  8. ^ „Тхе Сциенце оф Цолор ин Аутумн Леавес”. Архивирано из оригинала 3. 5. 2015. г. Приступљено 12. 10. 2013. 
  9. ^ Хортенстеинер, С. (2006). „Цхлоропхyлл деградатион дуринг сенесценце”. Аннуал Ревиеw оф Плант Биологy. 57: 55—77. ПМИД 16669755. дои:10.1146/аннурев.арплант.57.032905.105212. 
  10. ^ Ранг, Х. П. (2003). Пхармацологy. Единбургх: Цхурцхилл Ливингстоне. ИСБН 0-443-07145-4.  Паге 146
  11. ^ Надакал А. M.. "Царотеноидс анд Цхлоропхyллиц Пигментс ин тхе Марине Снаил, Церитхидеа Цалифорница Халдеман, Интермедиате Хост фор Северал Авиан Трематодес." Марине Биологицал Лабораторy. ЈСТОР, н.д. Wеб. 26 Маy 2010.
  12. ^ Милицуа, ЈЦГ. "Струцтурал цхарацтеристицс оф тхе царотеноидс биндинг то тхе блуе царотенопротеин фром Процамбарус цларкии." Струцтурал цхарацтеристицс оф тхе царотеноидс биндинг то тхе блуе царотенопротеин фром Процамбарус цларкии. Н.п., 25 Оцт. 1984. Wеб. 24 Маy 2010.
  13. ^ Загалскy, Петер Ф. . "Тхе лобстер царапаце царотенопротеин, а-црустацyанин." А поссибле роле фор трyптопхан ин тхе батхоцхромиц спецтрал схифт оф протеин-боунд астаxантхин. Н.п., н.д. Wеб. 25 Маy 2010.
  14. ^ Цханг, Кеннетх. "Yес, Ит'с а Лобстер, анд Yес, Ит'с Блуе." Тхе Неw Yорк Тимес - Бреакинг Неwс, Wорлд Неwс & Мултимедиа. НY Тимес, 15 Мар. 2005. Wеб. 24 Маy 2010.

Спољашње везе[уреди | уреди извор]

Биолошки пигмент на Викимедијиној остави.
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Biološki_pigment&oldid=26173642”