Хлорофилл, каротиноиды, антоциан

Хлорофилл, каротиноиды, антоциан. Почему листва желтеет и опадает?

Листья имеют зеленый цвет, потому что в них находится хлорофилл — зеленый пигмент, который к тому же участвует в процессе фотосинтеза. На самом деле хлорофилл не единственный краситель в листе, в нем также находятся каротиноиды, отвечающие за желтый и оранжевый цвета, и антоцианы, отвечающие за красный цвет. В связи с важностью фотосинтеза хлорофилл является преобладающим пигментом в листе.

Осенью температура снижается, и это существенно уменьшает количество питательных веществ и минералов, которые поступают в растение с помощью корней. Процесс фотосинтеза становится намного менее эффективным с уменьшением температуры. Поэтому в основаниях листьев начинает расти пробковый клеточный слой, который существенно ограничивает количество воды и минералов, поступающих в лист. Со временем хлорофилл начинает разрушаться, и другие пигменты — каротиноиды и антоцианы — начинают проявляться все сильнее. Из-за этого лист меняет свой цвет на оранжевый или красный.

Однако через листву все еще испаряется огромное количество воды, столь нужной растению. Поэтому через некоторое время пробковый слой полностью перекрывает питание, и крепление черешка листа к побегу становится очень слабым, в результате чего листья опадают.

Многие листопадные деревья и кусты произрастают в жарких странах, где, несмотря на постоянную высокую температуру, у них тоже опадают листья. Это связано с тем, что при больших температурах хлорофилл в листьях разрушается, поэтому растение избавляется от них, чтобы ограничить испарение влаги. Но в этих же условиях у хвойных растений иголки не опадают — это связано с тем, что у иголок гораздо более малая площадь поверхности, поэтому их них испаряется гораздо меньше влаги.

Каротиноид — Carotenoid

Каротиноиды ( / к ə г ɒ т ɪ п ɔɪ д / ), называемые также tetraterpenoids , являются органические пигменты , которые вырабатываются растениями и водорослей, а также несколько бактерий и грибов. Каротиноиды придают характерный цвет моркови , кукурузе , канарейкам и нарциссам , а также яичным желткам , брюквам , лютикам и бананам . Каротиноиды могут вырабатываться всеми этими организмами из жиров и других основных органических метаболических блоков. Единственные животные, которые, как известно, продуцируют каротиноиды, — это тля и паутинные клещи , которые приобрели способность и гены от грибов или вырабатываются эндосимбиотическими бактериями белокрылки. Каротиноиды из рациона откладываются в жировых тканях животных, и исключительно плотоядные животные получают эти соединения из животного жира.

Известно более 1100 каротиноидов; они делятся на два класса: ксантофиллы (содержащие кислород) и каротины (которые являются чисто углеводородами и не содержат кислорода). Все они являются производными от tetraterpenes , а это означает , что они получают из 8 изопреновых молекул и содержат 40 атомов углерода. Как правило, каротиноиды поглощают волны с длиной волны от 400 до 550 нанометров (от фиолетового до зеленого света). Это приводит к тому, что соединения становятся ярко-желтыми, оранжевыми или красными. Каротиноиды являются доминирующим пигментом в окраске осенних листьев примерно у 15-30% древесных пород, но многие цвета растений, особенно красные и пурпурные, обусловлены другими классами химических веществ.

Каротиноиды выполняют две ключевые роли в растениях и водорослях: они поглощают световую энергию для использования в фотосинтезе и защищают хлорофилл от фотоповреждений. Каротиноиды, содержащие незамещенные бета-иононовые кольца (включая бета-каротин , альфа-каротин , бета- криптоксантин и гамма-каротин ), обладают активностью витамина А (что означает, что они могут быть преобразованы в ретинол ), и эти и другие каротиноиды также могут действовать как антиоксиданты . В глазу лютеин , мезозеаксантин и зеаксантин присутствуют в виде макулярных пигментов , важность которых для зрительной функции остается предметом клинических исследований в 2017 году.

Содержание

  • 1 Биосинтез
    • 1.1 Путь MEP
    • 1.2 Путь биосинтеза каротиноидов
    • 1.3 Регулирование
  • 2 Структура и функции
  • 3 Свойства
    • 3.1 Еда
  • 4 Физиологические эффекты
  • 5 Цвета растений
  • 6 Ароматические химикаты
  • 7 Болезнь
    • 7.1 Искусственный синтез
  • 8 Каротиноиды природного происхождения
  • 9 Смотрите также
  • 10 Ссылки
  • 11 внешние ссылки

Биосинтез

Основными строительными блоками каротиноидов являются изопентенилдифосфат (IPP) и диметилаллилдифосфат (DMAPP). Эти два изомера изопрена используются для создания различных соединений в зависимости от биологического пути, используемого для синтеза изомеров. Известно, что растения используют два разных пути производства IPP: цитозольный путь мевалоновой кислоты (MVA) и пластидный метилэритритол-4-фосфат (MEP). У животных производство холестерина начинается с создания IPP и DMAPP с использованием MVA. На заводах по производству каротиноидов используйте MEP для создания IPP и DMAPP. Путь MEP приводит к смеси IPP: DMAPP 5: 1. IPP и DMAPP претерпевают несколько реакций, в результате которых образуется главный предшественник каротиноидов, геранилгеранилдифосфат (GGPP). GGPP может быть преобразован в каротины или ксантофиллы, пройдя ряд различных этапов пути биосинтеза каротиноидов.

Читайте также:  Нейропатия срединного нерва; Федеральное государственное бюджетное учреждение; br; «Федеральный цент

Путь MEP

Глицеральдегид-3-фосфат и пируват , промежуточные продукты фотосинтеза , превращаются в дезокси-D-ксилулозо-5-фосфат (DXP) с использованием катализатора DXP-синтазы (DXS). DXP-редуктоизомераза восстанавливает и перестраивает молекулы DXP в присутствии NADPH , образуя MEP. Затем MEP превращается в 4- (цитидин-5′-дифосфо) -2-C-метил-D-эритрит (CDP-ME) в присутствии CTP через фермент MEP цитидилилтрансферазу. CDP-ME затем превращается в присутствии ATP в 2-фосфо-4- (цитидин 5′-дифосфо) -2-C-метил-D-эритрит (CDP-ME2P). Превращение в CDP-ME2P катализируется ферментом киназой CDP-ME . Затем CDP-ME2P превращается в 2-C-метил-D-эритритол-2,4-циклодифосфат (MECDP). Эта реакция происходит, когда MECDP-синтаза катализирует реакцию и CMP удаляется из молекулы CDP-ME2P. Затем MECDP превращается в (e) -4-гидрокси-3-метилбут-2-ен-1-илдифосфат (HMBDP) через HMBDP-синтазу в присутствии флаводоксина и NADPH. HMBDP восстанавливается до IPP в присутствии ферредоксина и NADPH ферментом HMBDP-редуктазой . Последние два этапа с участием HMBPD-синтазы и редуктазы могут происходить только в полностью анаэробной среде. Затем IPP может изомеризоваться в DMAPP через изомеразу IPP.

Путь биосинтеза каротиноидов

Два GGPP молекулы конденсируются с помощью фитоен синтазы (ПСИ), образуя 15-цис — изомер из фитоена . Последующее превращение в полностью трансликопин зависит от организма. Бактерии и грибы используют единственный фермент — бактериальную фитоендесатуразу (CRTI) для катализа. Однако растения и цианобактерии используют для этого четыре фермента. Первым из этих ферментов является фитоен-десатураза растительного типа, которая вводит две дополнительные двойные связи в 15-цис-фитоен путем дегидрирования и изомеризует две из существующих двойных связей из транс в цис с образованием 9,15,9′-три-цис- ζ-каротин. Центральная двойная связь этого три-цис-ζ-каротина изомеризуется дзета-каротин-изомеразой Z-ISO, и полученный 9,9′-ди-цис-ζ-каротин снова дегидрируется через ζ-каротин-десатуразу (ZDS ) . Это снова вводит две двойные связи, в результате чего получается 7,9,7 ‘, 9’-тетра-цис-ликопин. CRTISO , изомераза каротиноидов, необходима для превращения цис- глюкопена в полностью транс- ликопин в присутствии восстановленного FAD .

Этот полностью транс-ликопин подвергается циклизации; циклизация приводит к разнообразию каротиноидов, которое можно различить по концевым группам. Может быть бета-кольцо или эпсилон-кольцо, каждое из которых генерируется разными ферментами ( ликопен-бета-циклаза [бета-LCY] или ликопин-эпсилон-циклаза [эпсилон-LCY]). Альфа-каротин образуется, когда полностью транс-ликопин сначала вступает в реакцию с эпсилон-LCY, а затем во вторую реакцию с бета-LCY; тогда как бета-каротин производится двумя реакциями с бета-LCY. Альфа- и бета-каротин являются наиболее распространенными каротиноидами в фотосистемах растений, но они все еще могут быть преобразованы в ксантофиллы с помощью бета-гидролазы и эпсилон-гидролазы, что приводит к образованию различных ксантофиллов.

Регулирование

Считается, что и DXS, и DXR являются ферментами, определяющими скорость, что позволяет им регулировать уровни каротиноидов. Это было обнаружено в эксперименте, в котором DXS и DXR были генетически сверхэкспрессированы, что привело к повышенной экспрессии каротиноидов в полученных проростках. Также считается, что шапероны J-белка (J20) и белка теплового шока 70 (Hsp70) участвуют в посттранскрипционной регуляции активности DXS, так что мутанты с дефектной активностью J20 проявляют пониженную активность фермента DXS при накоплении неактивного белка DXS. Регулирование также может быть вызвано внешними токсинами, которые влияют на ферменты и белки, необходимые для синтеза. Кетокломазон получают из гербицидов, наносимых на почву, и связывается с DXP-синтазой. Это ингибирует DXP-синтазу, предотвращая синтез DXP и останавливая путь MEP. Использование этого токсина приводит к снижению уровня каротиноидов в растениях, выращиваемых в загрязненной почве. Фосмидомицин , антибиотик , является конкурентным ингибитором DXP-редуктоизомеразы из-за его структуры, аналогичной ферменту. Применение указанного антибиотика предотвращает снижение DXP, снова останавливая путь MEP.

Структура и функции

Структура каротиноидов придает биологические способности, включая фотосинтез , фотозащиту , окраску растений и передачу сигналов клетками .

Общая структура каротиноида представляет собой полиеновую цепь, состоящую из 9-11 двойных связей и, возможно, оканчивающуюся кольцами. Эта структура сопряженных двойных связей приводит к высокому восстановительному потенциалу или способности переносить электроны по всей молекуле. Каротиноиды могут переносить электроны одним из двух способов: 1) синглет-синглетный перенос от каротиноида к хлорофиллу и 2) триплет-триплетный перенос от хлорофилла к каротиноиду. Синглет-синглетный перенос представляет собой передачу более низкого энергетического состояния и используется во время фотосинтеза. Длина полиенового хвоста обеспечивает поглощение света в фотосинтетическом диапазоне; как только он поглощает энергию, он становится возбужденным, а затем передает возбужденные электроны хлорофиллу для фотосинтеза. Триплет-триплетный перенос является более высоким энергетическим состоянием и необходим для фотозащиты. И свет, и кислород производят вредные вещества во время фотосинтеза, наиболее разрушительными из которых являются активные формы кислорода (АФК). Поскольку эти высокоэнергетические АФК производятся в хлорофилле, энергия передается полиеновому хвосту каротиноида и претерпевает серию реакций, в которых электроны перемещаются между каротиноидными связями, чтобы найти наиболее сбалансированное состояние (состояние с наименьшей энергией) для каротиноида.

Читайте также:  Что должен уметь ребёнок в 4 месяца — таблица для девочки

Длина каротиноидов также играет роль в окраске растений, поскольку длина полиенового хвоста определяет, какие длины волн света будет поглощать растение. Волны, которые не поглощаются, отражаются и представляют собой то, что мы видим как цвет растения. Следовательно, разные виды будут содержать каротиноиды с разной длиной хвоста, что позволяет им поглощать и отражать разные цвета.

Каротиноиды также участвуют в различных типах клеточной передачи сигналов. Они способны сигнализировать о производстве абсцизовой кислоты , которая регулирует рост растений, период покоя семян , созревание и прорастание зародыша , деление и удлинение клеток , рост цветков и реакции на стресс.

Свойства

Каротиноиды относятся к категории тетратерпеноидов (т.е. они содержат 40 атомов углерода, состоящие из четырех терпеновых единиц, каждая из которых содержит 10 атомов углерода). Структурно каротиноиды имеют форму полиеновой углеводородной цепи, которая иногда заканчивается кольцами, и может иметь или не иметь присоединенные дополнительные атомы кислорода.

  • Каротиноиды с молекулами, содержащими кислород, такие как лютеин и зеаксантин , известны как ксантофиллы .
  • Неоксигенированные (не содержащие кислорода) каротиноиды, такие как α-каротин , β-каротин и ликопин , известны как каротины . Каротины обычно содержат только углерод и водород (т.е. являются углеводородами ) и относятся к подклассу ненасыщенных углеводородов .

Их цвет, варьирующийся от бледно-желтого через ярко-оранжевый до темно-красного, напрямую связан с их структурой. Ксантофиллы часто желтые, отсюда и название их класса. В двойных углерод-углеродных связей взаимодействуют друг с другом в процессе , называемом конъюгации , что позволяет электроны в молекуле свободно перемещаться по этим областям молекулы. По мере увеличения количества сопряженных двойных связей электроны, связанные с сопряженными системами, имеют больше места для перемещения и требуют меньше энергии для изменения состояния. Это приводит к уменьшению диапазона энергий света, поглощаемого молекулой. По мере того, как большее количество длин волн света поглощается из более длинного конца видимого спектра, соединения приобретают все более красный вид.

Каротиноиды обычно липофильны из-за наличия длинных ненасыщенных алифатических цепей, как в некоторых жирных кислотах . Физиологическое всасывание этих жирорастворимых витаминов у людей и других организмов напрямую зависит от наличия жиров и солей желчных кислот .

Бета-каротин , содержащийся в моркови и абрикосах , отвечает за их оранжево-желтый цвет. Сушеная морковь содержит наибольшее количество каротина из всех продуктов на 100-граммовую порцию, измеренную в эквивалентах активности ретинола (эквиваленты провитамина А). Вьетнамский фрукт гак содержит самую высокую из известных концентраций каротиноида ликопина . Рацион фламинго богат каротиноидами, благодаря которым перья этих птиц имеют оранжевый цвет.

Физиологические эффекты

Обзоры эпидемиологических исследований, направленных на поиск корреляции между потреблением каротиноидов с пищей и клиническими исходами, позволили сделать различные выводы:

  • В обзоре 2016 года, посвященном корреляции между диетами, богатыми фруктами и овощами (некоторые из которых содержат много каротиноидов), и раком легких, был обнаружен защитный эффект до 400 г / день.
  • Обзор 2015 года показал, что продукты с высоким содержанием каротиноидов, по-видимому, защищают от рака головы и шеи .
  • Другой обзор 2015 года, посвященный тому, могут ли каротиноиды предотвращать рак простаты, показал, что, хотя в нескольких исследованиях была обнаружена корреляция между диетами, богатыми каротиноидами, которые, по-видимому, оказывали защитный эффект, доказательств не хватает, чтобы определить, связано ли это с каротиноидами как таковыми.
  • Обзор 2014 года не обнаружил корреляции между потреблением продуктов с высоким содержанием каротиноидов и витамина А и риском развития болезни Паркинсона .
  • Другой обзор 2014 года не обнаружил противоречивых результатов в исследованиях диетического потребления каротиноидов и риска развития рака груди .
Читайте также:  Народные средства для сужения влагалища у женщин

Каротиноиды также являются важными компонентами темно-коричневого пигмента меланина , который содержится в волосах, коже и глазах. Меланин поглощает свет высокой энергии и защищает эти органы от внутриклеточного повреждения.

  • Несколько исследований показали положительное влияние диеты с высоким содержанием каротиноидов на текстуру, чистоту, цвет, прочность и эластичность кожи.
  • Исследование 1994 года отметило, что диета с высоким содержанием каротиноидов помогает уменьшить симптомы усталости глаз (сухость глаз, головные боли и помутнение зрения) и улучшить ночное зрение.

Люди и другие животные в большинстве своем не способны синтезировать каротиноиды и должны получать их с пищей. Каротиноиды — обычная и часто декоративная особенность животных. Например, розовый цвет лосося , красный цвет вареных лобстеров и чешуя желтой морфы обыкновенной настенной ящерицы обусловлены каротиноидами. Было высказано предположение, что каротиноиды используются в декоративных признаках (крайние примеры см. В птицах- тупиках ), поскольку, учитывая их физиологические и химические свойства, они могут использоваться в качестве видимых индикаторов индивидуального здоровья и, следовательно, используются животными при выборе потенциальных партнеров.

Каротиноиды полезные свойства

Каротиноиды полезные свойства

Каротиноиды являются природными пигментами-антиоксидантами, которые присутствуют в растениях и тканях организмов.

В настоящее время известно около 700 видов каротиноидов.

К каротиноидам относятся:

-альфа –каротин — бета- каротин

— лютеин — β — зеаксантин

— криптоксантин — и другие

Каротиноиды окрашивают растения в зеленые, желтые, оранжевые, красные цвета, участвуют в фотосинтезе, защищают от бактерий и вирусов, и инфракрасного излучения солнца.

Каротиноиды и их производные входят в состав клеток мышечных тканей, кожных покровов живых организмов, хитина насекомых и ракообразных.

Яркая окраска рыб и оперения птиц обусловлена наличием в них различных видов каротиноидов.

Каротиноиды в организме человека не образуются и должны постоянно поступать с пищей.

Каротиноиды являются антиоксидантами и нейтрализуют свободные радикалы за счет наличия в молекулах большого количества ненасыщенных двойных связей (γ-каротин имеет 12 двойных связей).

Основная роль каротиноидов в живых организмах:

— повышают иммунитет, усиливая способность клеток-киллеров нейтрализовать бактерии и вирусы

— защищают мембраны клеток от разрушения

— предотвращают мутации в ДНК клетки

— тормозят развитие раковых клеток, защищают от рака

— улучшают состояние кожи

— обеспечивают синтез витамина А

— участвуют в клеточном дыхании

— защищают от ультрафиолетового излучения солнца

— укрепляют кровеносные сосуды

— защищают от дегенерации нейронов мозга

— замедляют старение организма

— защищают от атеросклероза, рака, катаракты глаз, диабета, болезней печени

Источники каротиноидов :

овощи, фрукты, ягоды, зелень, морские водоросли,

зерновые, яйца, рыба, шиповник, облепиха, рябина, лепестки цветков.

Концентрация каротиноидов в сыворотке крови человека составляет 80-200 мкг/дл

Часть поступающих в организм каротиноидов превращается в витамин А, при

активном участии витамина Е, гормонов и микроэлементов цинка , железа .

Суточная норма потребления каротиноидов составляет около 30 мг:

— альфа -каротин- 0,5 мг/сутки

— β (бета)- каротин – 6 мг/сутки

— γ (гамма)-каротин – 3 мг/сутки

— β-криптоксантин – 2 мг/сутки

— ликопин – 6 — 8 мг/сутки

— зеаксантин – 1 — 2 мг/сутки

β- каротин:

— является сильным антиоксидантом

— способность образовывать витамин А составляет 100% (принято условно для сравнения с другими каротиноидами)

Ликопин:

— обеспечивает красную окраску плодам растений

— антиоксидантная активность ликопина в 2 раза превосходит β-каротин

— предотвращает мутации ДНК клетки

— защищает от рака

Лютеин:

— является сильным антиоксидантом

— защищает сетчатку глаз от дегенерации

— защищает от диабета и атеросклероза

Зеаксантин

— является сильным антиоксидантом

— улучшает зрение, выполняет роль светового фильтра, защищает глаза от ультрафиолетовых лучей

— защищает от катаракты, атеросклероза, инсульта

β -криптоксантин

— является сильным антиоксидантом

— содержится в виде оранжево-желтого пигмента в зерновых и фруктах

— защищает от артритов, рака

Источники криптоксантина: тыква, батат, морковь, персик, облепиха, мандарин, желтый сладкий перец, ананас, папайя, кукуруза.

Ссылка на основную публикацию
Характер человека как узнать по губам
Определение характера человека по его губам Характер человека и некоторые особенности поведения можно определить по его лицу. Считается, что лицо...
Фузеон — инструкция по применению
ЭНФУВИРТИД, действующее вещество ENFUVIRTIDE - латинское название действующего вещества ЭНФУВИРТИД Код ATX для ЭНФУВИРТИД J05AX07 (Enfuviritide) Перед использованием препарата ЭНФУВИРТИД...
Фукорцин — Википедия (с комментариями)
Фукорцин Фукорци́н (лат. fucorcinum, также жидкость Кастеллани ru en или краска Кастеллани) — лекарственное средство с антисептическим и противогрибковым действием....
Характеристика нормальной экг 1
Расшифровка ЭКГ у взрослых и детей, нормы в таблицах и другая полезная информация Патология сердечно-сосудистой системы – одна из наиболее...
Adblock detector