В какой части клетки содержатся пигменты

У этого термина существуют и другие значения, см. Пигмент.

Биологические пигменты (биохромы) — окрашенные вещества, входящие в состав тканей организмов. Цвет пигментов определяется наличием в их молекулах хромофорных групп, избирательно поглощающих свет в определённой части видимого спектра солнечного света[1]. Пигментная система живых существ — звено, связывающее световые условия окружающей среды и обмен веществ организма. Биологические пигменты играют важную роль в жизнедеятельности живых существ.

Группы биологических пигментов

Биологические пигменты подразделяются на несколько классов в зависимости от своего строения.

Каротиноиды

Каротиноиды — наиболее распространённый класс биологических пигментов. Они обнаружены у большинства живых существ, в том числе у всех без исключений растений, многих микроорганизмов. Каротиноиды обуславливают окраску многих животных, особенно насекомых, птиц и рыб. Каротиноиды и их производные, помимо прочего, являются основой зрительных пигментов, отвечающих за восприятие света и цвета у животных[2].

К каротиноидам относятся такие пигменты, как каротин, гематохром, ксантофилл, ликопин, лютеин, родопсин (зрительный пурпур) и другие.

Хиноны

Хиноны — химические соединения, производные моноциклических или полициклических ароматических углеводородов, в составе которых присутствует ненасыщеный циклический дикетон. Их окраска варьирует от бледно-жёлтой до оранжевой, красной, пурпурной, коричневой и почти чёрной. Обнаружены у многих грибов, лишайников и в некоторых группах беспозвоночных. Широко используемый краситель ализарин относится к группе хинонов[3].

Флавоноиды

Флавоноиды — O-гетероциклические фенольные соединения. В природе синтезируются почти исключительно высшими растениями. В их число входят антоцианы, обуславливающие наиболее яркие цвета растений — красные, пурпурные, синие части цветов и плодов; флавоны, флавонолы, ауроны, халконы определяют жёлтую и оранжевую окраску плодов и листьев. К группе флавоноидов относятся также природные антиоксиданты катехины[4].

Пигменты на основе порфирина

В эту группу входят биологические пигменты, в составе которых присутствует порфириновый комплекс. Гем, один из видов порфиринов, входит в качестве простетической группы в состав таких соединений, как гемоглобин, билирубин, цитохром c, цитохром P450 и другие. К этой группе относятся также растительные пигменты — хлорофилл, феофитин и т. п. Как правило, пигменты этого класса участвуют в фотохимических процессах, а также являются ферментами, задействованными в обмене веществ. Их роль как собственно красителей второстепенна[5].

Другие

Меланин — один из самых распространённых пигментов у животных, обуславливающий их тёмную окраску. Также встречается у растений и микроорганизмов. У позвоночных синтезируется в особых клетках — меланоцитах[6]. Меланины широко распространены в растительных и животных тканях, а также у простейших. Они определяют окраску кожи и волос, например масти лошадей, цвет перьев птиц (совместно с интерференционной окраской), чешуи рыб, кутикулы насекомых. Меланины поглощают ультрафиолетовые лучи, и тем самым защищают ткани глубоких слоёв кожи от лучевого повреждения.
Другой недавно обнаруженной функцией является усвоение некоторыми грибами ультрафиолетового и гамма-излучения для обеспечения жизнедеятельности.[источник не указан 906 дней]

Люциферины — группа светоизлучающих биологических пигментов, встречаются у организмов, способных к биолюминесценции. Представляют собой небольшие молекулы, служащие субстратом для соответствующих ферментов люцифераз, осуществляющих их окисление[7].

Биологическая роль

Природные пигменты выполняют множество функций. Они определяют окраску организмов, важную для их приспособления к внешней среде. Окраска отдельных частей растений служит для привлечения насекомых-опылителей и птиц, распространяющих семена, окраска тела у животных способствует защите от врагов, маскирует их при выслеживании добычи или предупреждает врагов о ядовитости. Также эти пигменты могут осуществлять защиту организма от ультрафиолетового излучения солнца. Многие природные пигменты принимают участие в фотохимических процессах, в частности, хлорофилл, бактериохлорофилл, бактериородопсин являются фотосинтезирующими ферментами, родопсин животных задействован в зрительном процессе. Дыхательные пигменты (гемоглобин, гемэритрин, гемоцианин, цитохромы, дыхательные хромогены и др.) участвуют в переносе кислорода к тканям и тканевом дыхании.

Биологические пигменты, как правило, находятся в различных структурах клетки, реже — в свободном состоянии в жидкостях организма. Так, хлорофилл расположен в хлоропластах, каротиноиды — в хромопластах и хлоропластах, гемоглобин, как правило, в эритроцитах, меланин — в меланоцитах.

Использование

Ряд природных пигментов нашёл применение как красители в промышленности. В частности, широко применяются краски на основе ализарина, ранее применялись такие природные красители, как индиго, кармин, шафран и другие.

Примечания

Литература

• Бриттон Г. Биохимия природных пигментов. — Москва: Мир, 1986. — 422 с. — 3050 экз.
• Всеволодов Н. Н. Биопигменты — фоторегистраторы: фотоматериал на бактериородопсине. — Москва: Наука, 1999. — 224 с. — (Теоретическая и прикладная биофизика). — ISBN 5-02-003930-6.
• Конев С. В., Волотовский И. Д. Введение в молекулярную фотобиологию. — Минск: Наука и техника, 1971. — 230 с.

Пигменты в биологии, окрашенные вещества, входящие в состав тканей организмов. Цвет П. определяется наличием в их молекулах так называемых хромофорных групп, которые обусловливают избирательное поглощение света в видимой части солнечного спектра (см. Цветности теория). П. играют важную и разнообразную роль в жизнедеятельности организмов, особенно в фотобиологических процессах.

  Распространённость П. в природе. Наиболее распространённые П.— порфирины и каротиноиды — найдены в большинстве растительных и животных организмов. Порфирины входят в состав молекул хлорофилла зелёных растений, бактериохлорофиллов фотосинтезирующих бактерий, дыхательных пигментов животных (гемоглобин, миоглобин, хлорокруорин и др.). Чрезвычайно распространены в организмах цитохромы, в состав которых (как и гемоглобина) входит железопорфириновый комплекс — гем. Каротиноиды (ненасыщенные углеводороды изопреноидного строения) и их окисленные производные (ксантофиллы) представляют собой П. жёлтого, оранжевого или красного цвета; они содержатся в зелёных растениях, а также в водорослях, грибах, бактериях. В синезелёных и красных водорослях присутствуют вспомогательные фотосинтетические П.— фикобилины (синий — фикоцианин и Красный — фикоэритрин), в основе небелковой части которых лежит цепочка из 4 пиррольных ядер. К этим П. близок по структуре обнаруженный в растениях фитохром и жёлчные пигменты животных, образующиеся при распаде гемоглобина. В обширную группу растит. П.— флавоноидов — входят различающиеся по химическому строению, цвету и распространённости вещества (антоцианы, флавоны), окрашивающие цветки, плоды и листья растений. Органы зрения животных содержат сложный по составу зрительный пигмент. В растительных и животных тканях распространены также разнообразные П.— производные хинонов (дыхательные хромогены); в коже, шерсти и волосах животных — меланины. Весьма разнообразны по химической природе П. грибов и бактерий. Одинаковые или близкие по химическому строению П. могут присутствовать в различных, филогенетически «удалённых» друг от друга группах живых организмов.

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

  Биологическая роль П. Пигментная система является звеном, связывающим световые условия внешней среды с обменом веществ в организме. Одна из наиболее важных функций П. у растений — их участие в фотосинтезе. Кроме того, поглощение света П. растений играет роль в процессах роста, развития и движения растений (см. Фотопериодизм, Фототропизм). Важнейшая функция П. у животных — участие в зрительном процессе. Гемоглобин и др. П. крови переносят кислород от органов дыхания к тканям. Цитохромы, дыхательные хромогены и др. участвуют в тканевом дыхании, являясь ферментами. П. защищают организм от вредного действия ультрафиолетового излучения Солнца (у растений — каротиноиды, флавоноиды, у животных — меланины). П. обусловливают окраску организмов, важную для их приспособления к внешней среде. У растений окраска служит для привлечения насекомых-опылителей и птиц, распространяющих семена, у животных — способствует защите от врагов или маскирует их при выслеживании добычи (см. Мимикрия, Покровительственная окраска и форма).

  До 2-й половины 19 в. П. растений (см. Красильные растения) и животных широко применялись как красители (ализарин, индиго, кармин и др.). Некоторые П. применяют в пищевой промышленности и медицине (например, рибофлавин, каротин, П.-антибиотики). См. также Фотобиология.

  А. А. Красновский.

  В организме человека нарушения какой-либо стадии превращения П. ведут к накоплению различных продуктов обмена и развитию некоторых заболеваний. Различают наследственные (причина их возникновения — наследственные дефекты синтеза П. и их химических предшественников в печени, эритроцитах) и приобретённые нарушения обмена П. Последние могут быть следствием заболеваний печени (гепатит, опухоли, закупорка жёлчевыводящих путей), недостатка витаминов (фолиевая, пантотеновая кислоты), длительного повышения температуры тела, а также могут развиваться при отравлениях, аддисоновой болезни или возникать как осложнения заболеваний крови. С различной частотой патология обмена П. встречается во всех возрастах; наследственные формы чаще наблюдаются у детей. Различают три основных группы нарушений пигментного обмена: гемоглобинопатии, гипербилирубинемии (подробнее см. в ст. Желтуха) и порфирии.

  Ю. А. Князев.

  Лит.: Цвет М. С., Хромофиллы в растительном и животном мире, Варшава, 1910; Тимирязев К. А., Солнце, жизнь и хлорофилл, М., 1948 (Избр. соч., т. 1); Проссер Л., Браун Ф., Сравнительная физиология животных, пер. с англ., М., 1967, гл. 8, 19; Биохимия растений, пер. с англ., М., 1968, гл. 24, 26, 28; Конев С. В., Волотовский И. Д., Введение в молекулярную фотобиологию, Минск, 1971; Lemberg R., Legge J. W., Hematin compounds and bile pigments, N. Y.— L., 1949; Chemistry and biochemistry of plant pigments, L.— N. Y., 1965; Photobiology of microorganisms, L.— [a. o.], 1970.

Оглавление БСЭ