식물 세포의 색소. 식물안료

01.07.2020

레온티예프 유리

꽃이 만발한 초원, 숲 가장자리, 가을 단풍, 정원과 들판의 선물에 감탄하지 않은 사람이 누구입니까? 그러나 자연이 그렇게 풍부한 색상 팔레트를 얻는 곳을 모두가 아는 것은 아닙니다. 우리는 이 모든 아름다움을 특수 착색 물질, 즉 식물 세계에 약 2,000개 정도 알려진 색소 덕분에 빚지고 있습니다.

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시사:

소개	2페이지
식물 색소: 색소체: 엽록체 염색체 백혈구 색소체 안료: 엽록소 카로티노이드 피코빌린단백질	4페이지
식물 색소의 인간 사용.	14쪽
실무.	19페이지
결론.	25쪽
문학.	27쪽

소개.

식물의 세계는 독특하고 신비롭습니다. 그는 답을 찾는 것이 불가능해 보이는 질문을 얼마나 자주 우리에게 하시나요? 그러나 자세히 살펴보고, 생각하고, 호기심과 노력을 보여줄 가치가 있으며 녹색 친구의 비밀은 더 이상 비밀이 아닙니다. 식물의 생명은 그 모든 복잡성, 조화, 아름다움을 통해 드러날 것입니다.

안료를 포함한 물질의 색상은 빛을 흡수하는 능력에 따라 결정됩니다. 식물의 물질이나 기관에 떨어지는 빛이 고르게 반사되면 흰색으로 나타납니다. 모든 광선이 흡수되면 물체는 검은색으로 인식됩니다. 물질이 태양 스펙트럼의 가시 부분 중 특정 부분만 흡수하면 특정 색상을 얻습니다.

식물 세포에서 가장 흔하게 발견되는 색소는 녹색 색소(엽록소, 황색-주황색 카로티노이드, 적색 및 청색 안토시아닌, 황색 플라본 및 플라보놀)입니다.

내 일의 목적은다양한 식물 색소와 식물과 인간의 삶에서 그 중요성에 대해 알아보세요.

직무 목표:

이 주제에 관한 과학 문헌을 연구하십시오
식물 색소의 주요 물리적 특성(구성, 구조, 특성)을 파악합니다.
식물과 인간을 위한 천연염료의 중요성을 연구합니다.
결론을 짓다

연구 방법:

이 문제의 추가 개발 및 연구를 위한 이론적 자료 연구
실험
식물 성장 및 발달 관찰
사진보고
얻은 결과 처리

프로젝트 유형 : 연구, 장기, 학제간, 개인.

프로젝트 결과 발표 양식: 연구 주제에 대한 보고서, 컴퓨터 프레젠테이션.

I. 식물 색소.

안료 - 식물에 색을 주는 염료. 식물 색소는 빛을 흡수하는 역할을 하는 그룹을 가진 큰 유기 분자입니다. 이들 그룹은 단일 결합과 이중 결합이 교대로 존재하는 사슬(-C=C-C=C-)이 존재하는 것이 특징입니다. 또한, 분자 내에 고리 구조가 존재하면 빛 흡수가 향상됩니다.

안료 안료, 단백질 및 지질과 관련되어 있으며 생물학적 막 구조의 일부입니다. 많은 동물과 식물 종은 특수한 색소 세포나 색소포를 가지고 있습니다.

계획 1. 식물 안료.

1). 색소체.

색소체 식물만의 특징. 일부 광합성 원생동물을 제외하고는 곰팡이와 대부분의 동물에서는 발견되지 않습니다.

색소체의 전구체는 다음과 같습니다.전골체 , 뿌리와 새싹의 분열 세포에서 발견되는 작고 일반적으로 무색의 형성입니다. 빛의 부족으로 인해 전골체의 보다 분화된 구조로의 발달이 지연되는 경우, 하나 이상의전층판체(관형 막의 클러스터). 이 무색 색소체를에티오플라스트. Etioplast는 빛에 따라 엽록체로 변하고 틸라코이드는 prolamellar body의 막에서 형성됩니다. 특정 색소의 유무와 관련된 색상에 따라 세 가지 주요 유형의 색소체가 구별됩니다.엽록체 (녹색),색소체 백혈체 (무색). 일반적으로 세포에서는 한 가지 유형의 색소체만 발견됩니다. 그러나 일부 유형의 색소체는 다른 유형으로 변형될 수 있다는 것이 확립되었습니다.

색소체는 상대적으로 큰 세포 형성물입니다. 그중 가장 큰 것인 엽록체는 고등 식물에서 길이가 4-10 미크론에 이르며 광학 현미경으로 명확하게 볼 수 있습니다. 유색 색소체의 모양은 대부분 렌즈형 또는 타원형입니다. 일반적으로 수십 개의 색소체가 세포에서 발견되지만, 색소체가 크고 모양이 다양한 조류에서는 그 수가 때때로 적습니다(1-5). 이러한 색소체는 다음과 같이 불립니다.크로마토포어 . 백혈체와 색체는 모양이 다를 수 있습니다.

ㅏ). 엽록체.

엽록체는 모든 녹색 식물 기관에서 발견됩니다. 색소체의 구조는 엽록체의 예를 사용하여 고려할 수 있습니다(그림 3). 그들은 외부와 내부의 두 가지 막으로 형성된 껍질을 가지고 있습니다. 내부 막은 몇 개의 돌기와 함께 엽록체의 구멍으로 돌출되어 있습니다. 막 막은 소위 엽록체 매트릭스를 분리합니다.기질 . 간질과 내부 막의 파생물은 모두 엽록체 강에서 막 표면의 복잡한 시스템을 형성하여 특수 편평한 주머니라고 불리는 경계를 정합니다.틸라코이드 또는 라멜라 . 원반 모양의 틸라코이드 그룹은 공동이 연속적인 방식으로 서로 연결되어 있습니다. 이러한 틸라코이드는 동전 더미와 같은 스택을 형성하거나작살. 엽록체의 간질에는 작은 크기의 세포질 리보솜과 다른 효소와 리보솜이 포함되어 있습니다. 종종 하나 이상의 작은 알갱이의 1차 전분이 있습니다. 엽록체의 유전 기관은 자율적이며 자체 DNA를 포함하고 있습니다.

엽록체의 주요 기능은 광합성이다. 이 과정에서 중심 역할은 엽록소, 더 정확하게는 엽록소의 여러 변형에 속합니다. 광합성의 명반응은 그라나에서 일어나고 암반응은 엽록체의 간질에서 일어난다.

엽록체는 자신만의 DNA를 갖고 있기 때문에 자신만의 단백질 분자를 합성할 수 있습니다.

그림 3 3차원 이미지(A)와 단면(B)의 엽록체 구조 다이어그램:

1 – 외부 막, 2 – 내부 막, 3 – 간질,

4 – 그라나, 5 – 그라나 틸라코이드, 6 – 스트로마 틸라코이드, 7 – 필라멘트

색소체 DNA, 8 – 엽록체 리보솜(다른 것과 다름)

세포질 리보솜), 9 – 전분 과립

광합성 외에도 엽록체는 ATP 및 ADP의 합성(인산화), 간질에 침착된 지질, 전분 및 단백질의 합성 및 가수분해를 수행합니다.

비). 염색체.

색체는 많은 식물의 꽃잎 세포, 성숙한 유색 과일(토마토, 장미 엉덩이, 마가목), 때로는 뿌리 채소(당근)에서 발견됩니다. 색체의 내부 구조는 엽록체의 내부 구조보다 간단합니다. 곡물이 없습니다. 발색체의 붉은색 또는 주황색은 그 안에 있는 카로티노이드의 존재와 관련이 있습니다. 색체는 색소체 발달의 마지막 단계라고 믿어집니다. 이들은 노화된 엽록체와 백혈구입니다. 색체의 존재는 많은 꽃, 과일 및 단풍의 밝은 색상을 부분적으로 결정합니다.

V). 백혈구.

백혈체의 내부 구조는 엽록체의 구조보다 단순하며 그라나(grana)가 부족합니다. 백혈구에는 색소가 없지만 예비 영양소, 주로 전분, 때로는 단백질과 지방의 합성과 축적이 이곳에서 일어날 수 있습니다. 종종 2차 저장 전분 입자가 백혈구에서 형성됩니다.

2). 색소체 안료.

엽록소, 카로티노이드 및 피코빌린 단백질.그들 모두는 색소 단백질 형태의 색소 시스템의 일부입니다. 안료 - 단백질 복합체. 안료의 주요 목적은 빛 에너지(그림 5)를 흡수한 다음 이를 화학 에너지로 변환하는 것입니다. 색소는 엽록체 막(틸라코이드)에 위치하며, 세포 내 엽록체는 일반적으로 막이 광원에 대해 직각을 이루도록 방향이 지정됩니다(광 흡수를 최대화하기 위해).

ㅏ). 엽록소.

엽록소는 주로 빨간색과 청자색 빛을 흡수하고 녹색 빛은 반사되어 다른 색소로 가려지지 않으면 식물에 특정 녹색 색상을 부여합니다. 엽록소의 구조는 포르피린 골격인 Mg를 기반으로 합니다.

엽록소 분자(그림 8)에는 빛을 흡수하는 납작한 머리가 있고 그 중앙에는 마그네슘 원자가 있습니다. 이는 마그네슘 결핍으로 인해 엽록소 생산이 감소하고 식물 잎이 황변되는 이유를 설명할 수 있습니다. 엽록소 분자에는 긴 소수성(발수성) 탄화수소 꼬리도 포함되어 있습니다. 내부 막도 소수성이므로 꼬리가 틸라코이드 막 내부에 " 던져져" 일종의 앵커 역할을 합니다. 친수성 헤드는 태양광 패널과 같은 멤브레인 표면 평면에 위치합니다. 서로 다른 엽록소는 머리에 서로 다른 측쇄가 부착되어 있어 흡수 스펙트럼이 변경되어 흡수하는 빛의 파장 범위가 증가합니다.

또한, 엽록소 분자에 생물학적 막의 지질층에 통합되는 능력을 부여하는 다양한 치환체(예: 디테르펜 알코올 피톨)가 있습니다.

비). 카로티노이드.

카로티노이드 – 노란색, 주황색, 빨간색 또는 갈색 색소는 식물(박테리아 및 곰팡이 포함)에 의해 합성되며 물에 불용성이며 청자색 영역에서 강하게 흡수됩니다. 카로티노이드는 부분적으로 추가적인 광합성 색소 역할을 하지만 광합성과 관련되지 않은 다른 기능도 수행할 수 있습니다. 이들은 흡수한 빛 에너지를 엽록소로 전달하기 때문에 보조 색소라고 불립니다. 카로티노이드의 흡수 스펙트럼은 청자색 영역에 세 개의 피크를 나타냅니다. 보조 색소로서의 기능 외에도 카로티노이드는 과도한 빛과 광합성 중에 생성된 산소에 의한 산화로부터 엽록소를 보호합니다. 그들은 녹색 엽록소로 잘 위장되어 있지만 엽록소가 먼저 파괴되기 때문에 잎이 떨어지기 전에 잎에서 눈에 띄게 됩니다. 카로티노이드는 일부 꽃과 과일에서 발견되며, 밝은 색상이 곤충, 새, 포유류를 유인하여 성공적인 수분과 종자 분산을 보장합니다. 예를 들어, 토마토 껍질의 붉은 색은 그 안에 카로틴이 존재하기 때문입니다. 카로티노이드는 널리 퍼져 있는 카로틴과 크산토필을 포함합니다. 화학적 성질에 따라 이들은 40개의 탄소 원자를 포함하는 이소프레노이드 탄화수소입니다(그림 9). 잔토필은 산화된 카로틴입니다. 일부 식물(예: 시금치), 당근 뿌리, 장미 엉덩이, 건포도, 토마토 등의 녹색 잎에는 특히 카로틴이 풍부합니다. 식물에서 카로티노이드는 주로 생리학적으로 가장 활동적인 b-카로틴으로 표시됩니다. 카로틴은 크산토필과 함께 종종 특정 유기체의 색을 결정합니다. 예를 들어 보라색 박테리아의 색깔은 잔토필의 존재로 인해 발생합니다.

카로티노이드는 엽록소와 마찬가지로 단백질과 매우 약하게 결합하여 식물에서 쉽게 추출되어 의약품이나 염료로 사용됩니다.

V). 피코빌리단백질.

피코빌린단백질은 엽록체, 시아노박테리아, 주홍색 조류 및 암호화조류의 특징입니다. 그들은 카로티노이드처럼 광합성에 참여하여 흡수된 빛 에너지를 엽록소 분자에 전달합니다. 피코빌린은 안정한 색소-단백질 복합체로 물에 잘 녹습니다. 그들은 가까운 발색단을 기반으로 합니다.

담즙 색소. 피코빌린 단백질에는 파란색 피코시아닌과 빨간색 피코에리트린의 두 가지 유형이 알려져 있습니다(그림 10).

II. 식물 색소의 인간 사용.

색상은 일반적으로 동물계와 식물계 모두 자연에 풍부하게 분포되어 있습니다. 식물의 페인트는 기성품 상태이거나 특정 요인의 영향을 받아 페인트로 변형되는 소위 "색소 물질"이라는 중간 무색 물질의 형태입니다. 매우 드문 경우에만 식물의 페인트가 모든 부분에 완전히 고르게 분포됩니다. 대부분의 경우 안료는 한쪽 또는 다른 부분에 집중되어 있습니다. 때로는 이것이 작용합니다.뿌리 (꼭두서니, 알칸나, 심황 등),목재 (소위 "목재 페인트": 통나무, fernamboo, 백단향, 노란색, fisze wood 등),짖다 (쿼시트론, 로카오, 밤나무 등),나뭇잎 (옻나무, 다티스, 일부 유형의 야자수 등),꽃들 (홍화, 사프란 등),과일 (그루쉬카, 올리언스, 반죽 등),야채 주스(인디고, 죽, 알로에),전체 식물(와우, 와우), 백선 (오르세유, 리트머스, 쿠드비르),수지 (용의 피, 락데이 등).

자연에는 파란색 안료와 노란색 안료가 많고 구성이 매우 다양한 빨간색 안료가 훨씬 적다는 것은 매우 놀랍습니다. 좋은 녹색 페인트는 거의 없습니다. 자연계에 널리 퍼져 있는 엽록소는 지방 오일의 착색을 위해 비교적 제한된 양으로만 사용됩니다. 인공 색소의 확산으로 인해 천연 식물 염료의 사용 양은 점점 줄어들고 있습니다. 식물성 도료가 분쇄된 원료의 형태로 직접 사용되는 경우는 극히 드뭅니다. 대부분의 경우 이러한 원료는 하나 또는 다른 가공을 거친 다음 착색에만 사용됩니다.

천연 식물성 색소:

	강황, 카레, 카렌둘라 꽃잎
	아나토 씨앗 추출물, 당근 주스, 정제되지 않은 팜유 - 시간이 지나면 색이 바래집니다.
	파프리카 가루(오일 추출물 형태로도 제공 - "부드러운" 비누를 선호하는 사람들을 위한 제품)
	알칸나 – 비누의 pH 값에 따라 색상이 변합니다. 식물 색소 "주니퍼"
	세이지, 파슬리, 파출리 잎, 시금치
	홍백단차 및/또는 홍백단 분말 - 따뜻한 적갈색을 생성합니다.
	계피, 우유, 꿀 및 대부분의 바닐라 향 오일
	코코아파우더, 초콜릿, 커피, 힐링클레이 등

리코펜은 토마토와 수박에서 발견되는 빨간색 카로티노이드로서 피부암을 예방하고 일광화상을 예방합니다.

미국에서 10만 명 이상의 남성과 여성을 대상으로 한 장기 연구에 따르면, "다채로운" 야채와 과일을 더 많이 섭취한 사람들의 경우 만성 질환, 특히 심혈관 질환의 위험이 크게 감소한 것으로 나타났습니다. 특히 상추, 시금치 등 녹색 잎 채소가 효과적이었습니다. 중년층을 대상으로 한 유사한 핀란드 연구에서는 베리가 심장에 가장 건강한 것으로 강조되었습니다. 호주에서는 36명의 남성이 한 달 반 동안 아침에는 과일, 저녁에는 야채에서 색소 추출물을 받았습니다. 실험 참가자들의 심장과 혈관 상태는 똑같은 음식을 먹었지만 추출물을 섭취하지 않은 남성에 비해 크게 개선되었습니다.

위스콘신 대학교(미국)의 John Folts는 적포도와 흑포도 품종의 어두운 껍질과 씨앗에서 추출한 플라보노이드가 개와 사람의 혈소판 접착성을 감소시켜 혈액 응고를 감소시켜 혈전의 위험을 감소시킨다는 사실을 발견했습니다. 두 추출물을 함께 사용하면 가장 효과적입니다. 현재 Folts의 그룹은 적포도주를 원하지 않거나 마실 수 없는 사람들을 위한 건강 보조 식품으로 이러한 추출물을 정제로 생산할 가능성을 모색하고 있습니다.

이와 관련하여 석류 주스가 더욱 효과적입니다. 이스라엘 하이파 의료 센터(Haifa Medical Center)에서 실시한 연구에 따르면, 1~3년 동안 매일 석류 주스 50ml를 섭취하면 경동맥이 좁아진 환자의 혈압을 20%까지 낮출 수 있습니다.

이유는 아직 명확하지 않지만 플라보노이드는 비만과 당뇨병을 퇴치할 수도 있습니다. 일부 보고서에 따르면 질병 발병을 담당하는 유전자를 억제하고 세포 간의 필수 신호 교환을 촉진합니다.

식물 색소는 염증을 억제할 수 있습니다. 몇 년 전, 검붉은 체리 6개의 항염증 효과가 아스피린 1정과 같다는 사실이 밝혀졌습니다. 그리고 물론 체리에는 아스피린과 같은 부작용이 없는데, 이는 때때로 매우 위험합니다.

대부분의 플라보노이드 연구자들은 이러한 물질이 농축 추출물이나 식이 보충제의 형태보다는 천연 제품에서 가장 잘 얻어지는 데 동의합니다. 더욱이, 일부 연구에서 밝혀진 것처럼, “좋은 것은 너무 많지 않다”는 원칙에 따라 강력한 용량의 플라보노이드를 섭취하는 것은 해로울 수 있습니다. 따라서 과도한 베타카로틴은 태양 자외선의 영향으로 피부암 발병에 기여할 수 있습니다. 또한 천연 채소와 과일에 식물 색소를 동반하는 다른 물질도 중요한 경우가 많습니다.

모든 사람이 일년 내내 딸기를 먹거나 석류 주스를 마실 여유가 있는 것은 아닙니다. 따라서 최근 몇 년 동안 전 세계의 많은 육종가들은 플라보노이드 함량이 높은 가장 일반적인 작물을 개발하기 위해 노력해 왔습니다. 가장 유명한 예는 독일과 스위스 유전학자들이 유전공학을 통해 얻은 카로틴이 풍부한 황금쌀입니다(주로 쌀을 먹는 개발도상국의 인구는 비타민 A가 부족한 경우가 많습니다). 미국 코넬 대학교(Cornell University)는 카로틴이 풍부한 밀을 연구하고 있습니다. USDA 실험실에서는 노란색-주황색을 띠고 카로틴이 풍부한 오이를 재배했습니다. 이곳에서는 알려진 품종보다 카로틴을 75% 더 많이 함유한 당근 품종도 얻었습니다. 미국 위스콘신에서는 붉은 색소 함량이 높은 비트 품종이 얻어졌다. 여러 나라에서는 치유력이 있는 다양한 색상의 감자 품종이 개발되었습니다.

우리에게 익숙한 오렌지색 당근은 해방적인 “오렌지” 혁명의 열매(보다 정확하게는 뿌리 작물)이며,

1566~1609년 현대 네덜란드 영토에서 일어난 사건이다. 애국심에 사로잡힌 지역 채소 재배자들은 돌연변이 표본에서 씨앗을 선택하고 오렌지 왕조의 문장 색깔로 당근을 재배했습니다. 현대 육종가들은 흰색에서 거의 검은색까지 다양한 품종을 얻었습니다(그림 11).

미국의 육종가들은 안데스 산맥의 야생 감자 품종을 기반으로 일반 흰색, 노란색 또는 분홍빛이 도는 감자보다 더 맛있고 건강에 좋은 유색 품종을 개발했습니다(그림 12). 독일에서는 기존 품종보다 카로틴을 130배 더 많이 함유한 감자 품종이 개발되었으며, 이 지표에서는 당근과 맞먹습니다.

III. 실무.

1. 엽록소 추출물을 얻는다.

기본 장비: 알코올 램프, 성냥, 삼각대, 시험관 홀더, 시험관, 알코올, 식물(아스피디스트라 잎).

참고: 식물은 실험 며칠 전에 강렬한 조명 조건에 배치되어야 합니다.

진전:

녹색 식물의 말린 잎을 튜브에 넣습니다.
시험관(시험관의 약 1/2~1/3)에 알코올을 붓습니다.
시험관을 홀더에 고정합니다.
알코올을 끓이지 않고 모든 안전 규칙을 준수하지 않고 알코올 램프를 불 위에 천천히 가열하십시오.
테스트 튜브를 랙에 놓습니다.
1~2분 후 시트를 떼어냅니다.
시험관의 시트와 내용물을 검사합니다.
결과를 기록하십시오.

시험관에 알코올을 넣어 잎을 가열하면 엽록소 추출물이 나옵니다.

2. 가열 결과 잎의 녹색이 사라졌습니다.

3. 알코올이 밝은 녹색으로 변한 이유는... 엽록소는 잎에서 방출된다.

결론: 끓이면 엽록소가 알코올로 방출되어 알코올이 녹색으로 변하고 잎의 색이 사라진다.

2. 엽록소 추출물의 녹색이 사라진다.

추가 장비: 염산(HCl) 및 알칼리(NAOH) 용액.

진전:

HCl 용액을 엽록소 추출물에 붓고 막대로 섞는다.

엽록소 추출물에 HCl 용액을 첨가합니다. 시험관의 내용물이 갈색으로 변했습니다. 페오피틴이 생성되었습니다.

결론:

엽록소의 녹색은 Mg의 존재에 따라 결정되므로 Cl은 Mg과 결합하여 염을 형성합니다. 이러한 종류의 반응은 자연에서 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 산성비가 녹색 식물에 닿으면 식물의 광합성 과정이 중단되고 녹색이 사라져 복원할 수 없습니다.

빨간색

보라

제비꽃

파란색

청록색

녹색-노란색

붉은 양상추 주스를 사용하여 리트머스 테스트를 할 수 있습니다. 이를 위해서는 여과지가 필요합니다. 양배추 주스에 담가서 말려야합니다. 그런 다음 얇은 조각으로 자릅니다. 리트머스 시험이 준비되었습니다.

다음은 일부 액체의 PH 값입니다.

1. 위액 - 1.0-2.0ph
2. 레몬즙 - 2.0ph
3. 식용 식초 - 2.4ph
4. 코카콜라 - 3.0ph
5. 사과 주스 - 3.0ph
6. 맥주 - 4.5ph

7. 커피 - 5.0ph
8. 샴푸 - 5.5ph
9. 차 - 5.5ph
10. 타액 - 6.35-6.85ph
11. 우유 - 6.6-6.9 pH
12. 깨끗한 물 - 7.0ph
13. 혈액 - 7.36-7.44 ph
14. 해수 - 8.0ph
15. 베이킹 소다 용액 - 8.5 pH
16. 손용 비누(지방) - 9.0-10.00ph
17. 암모니아 알코올 - 11.5ph
18. 표백제 (표백제) - 12.5ph
19. 가성소다 또는 나트륨 잿물 > 13ph

결론.

식물 세계의 색상 다양성은 색소 때문입니다.안료 - 식물에 색을 주는 염료. 식물 색소는 빛을 흡수하는 역할을 하는 그룹을 가진 큰 유기 분자입니다. 식물 세포에는 엽록소(a, b, c, d), 카로틴과 크산토필을 포함하는 카로티노이드, 피코빌린 단백질과 같은 식물 색소가 포함되어 있습니다.안료 세포의 하나 또는 다른 구조적 형성에서 더 자주 발견되며, 용해된 상태의 체액에서는 덜 자주 발견됩니다. 따라서 엽록소는 엽록체, 카로티노이드 - 염색체 및 엽록체, 헤모글로빈 - 적혈구, 플라보노이드 - 식물 세포 수액에 집중되어 있습니다.

색소체는 상대적으로 큰 세포 형성물입니다. 색소체에는 세 가지 주요 유형이 있습니다.엽록체 (녹색),염색체 (노란색, 주황색 또는 빨간색) 및백혈구 (무색). 일반적으로 세포에서는 한 가지 유형의 색소체만 발견됩니다. 엽록체는 모든 녹색 식물 기관에서 발견됩니다. 엽록체의 주요 기능은 광합성이다. 색체는 많은 식물의 꽃잎 세포, 성숙한 유색 과일(토마토, 장미 엉덩이, 마가목), 때로는 뿌리 채소(당근)에서 발견됩니다. 발색체의 붉은색 또는 주황색은 그 안에 있는 카로티노이드의 존재와 관련이 있습니다. 백혈구에는 색소가 없지만 예비 영양소의 합성과 축적이 여기서 일어날 수 있습니다.

색소체에 국한되어 있고 광합성 과정에 관여하는 색소는 세 가지 부류에 속합니다. 이것엽록소, 카로티노이드 및 피코빌린 단백질.안료의 주요 목적은 빛 에너지를 흡수하여 화학 에너지로 변환하는 것입니다. 엽록소는 주로 빨간색과 청자색 빛을 흡수하고 녹색광은 반사되어 식물에 특정 녹색을 부여합니다. 카로티노이드는 식물(박테리아 및 곰팡이 포함)에 의해 합성되는 노란색, 주황색, 빨간색 또는 갈색 색소로 청자색 영역에서 강하게 흡수됩니다. 이들은 흡수한 빛 에너지를 엽록소로 전달하기 때문에 보조 색소라고 불립니다. 카로티노이드는 의약품과 염료로 사용됩니다. 카로티노이드와 같은 피코빌린 단백질은 광합성에 관여하여 흡수된 빛 에너지를 엽록소 분자에 전달합니다. 피코빌린 단백질에는 파란색 피코시아닌과 빨간색 피코에리트린이라는 두 가지 유형이 알려져 있습니다.

빛이 식물 유기체에 영향을 미치고, 특히 광합성 과정에서 사용되기 위해서는 광수용체 색소에 의해 흡수되어야 합니다. 안료는 색깔을 띠는 물질입니다. 스펙트럼의 가시 부분은 400~800nm의 길이로 표시됩니다. 400 nm 미만의 파장의 빛을 흡수하는 유기 물질은 무색으로 나타납니다.

엽록소

잎에서 분리된 녹색 물질을 엽록소(그리스어 "클로로스" - 녹색 및 "필론" - 잎)라고 불렀습니다. 현재 약 10개의 엽록소가 알려져 있습니다. 그들은 화학적 구조, 색상, 살아있는 유기체 사이의 분포가 다릅니다. 모든 고등 녹색 식물에는 엽록소가 포함되어 있습니다. ㅏ그리고 비.엽록소 와 함께규조류, 엽록소에서 발견 디- 홍조류에서. 또한 4개의 박테리오엽록소가 알려져 있습니다(a, 비,와 함께그리고 디), 광합성 박테리아의 세포에 포함되어 있습니다. 녹색 박테리아의 세포에는 박테리오클로로필이 포함되어 있습니다. 와 함께그리고 디.보라색 박테리아의 세포에는 박테리오클로로필이 있습니다. ㅏ그리고 비.광합성이 일어나지 않는 주요 색소는 엽록소이다 ㅏ녹색 식물에는 박테리오엽록소가 있고 박테리아에는 박테리오엽록소가 있습니다. 러시아 최대의 식물학자인 M. S. Tsvet의 작업 덕분에 처음으로 녹색 잎의 색소에 대한 정확한 아이디어를 얻었습니다. 그는 순수한 형태의 잎 색소를 분리하고 물질을 분리하는 새로운 크로마토그래피 방법을 개발했습니다. 엽록소 ㅏ그리고 코메르상트색상이 다양합니다. 엽록소 ㅏ청록색을 띠고 엽록소를 가지고 있다. 코메르상트- 연두색. 엽록소 함량 ㅏ잎에는 엽록소가 다른 식물에 비해 약 3배 더 많습니다. 코메르상트

엽록소의 화학적 성질

화학 구조에 따르면 엽록소는 디카르복실산 유기산인 클로로필린과 알코올의 두 잔기인 피톨과 메틸의 에스테르입니다. 클로로필린은 마그네슘 포르피린과 관련된 질소 함유 유기 금속 화합물입니다. 엽록소 분자의 중심에는 피롤 그룹의 4개의 질소에 연결된 마그네슘 원자가 있습니다. 엽록소의 피롤 그룹은 이중 결합과 단일 결합이 교대로 반복되는 시스템을 가지고 있습니다. 그게 바로 그거야 발색단색깔을 유발하는 엽록소 그룹.

엽록소 핵에 있는 피롤 그룹의 질소 원자 사이의 거리는 0.25 nm입니다. 흥미롭게도 마그네슘 원자의 직경은 0.24 nm입니다. 따라서 마그네슘은 피롤 그룹의 질소 원자 사이의 공간을 거의 완전히 채웁니다. 이는 엽록소 분자의 핵심에 추가적인 힘을 부여합니다. K. A. Timiryazev조차도 녹색-잎의 엽록소와 빨간색-혈액의 헤민이라는 두 가지 중요한 색소의 화학 구조의 유사성에 주목했습니다. 실제로 엽록소가 마그네슘 포르피린에 속한다면 헤민은 철 포르피린에 속합니다. 이 유사성은 우연이 아니며 전체 유기체 세계의 통일성에 대한 또 다른 증거로 사용됩니다.

엽록소 구조의 특별한 특징 중 하나는 4개의 헤테로사이클 외에도 5개의 탄소 원자로 구성된 또 다른 고리 그룹인 사이클로펜타논이 분자에 존재한다는 것입니다. cyclopeptanone 고리에는 반응성이 높은 케토 그룹이 포함되어 있습니다. epolization 과정의 결과로 이 케토 그룹 부위의 엽록소 분자에 물이 추가된다는 증거가 있습니다.

잎에서 추출한 엽록소는 산과 알칼리 모두에 쉽게 반응합니다. 알칼리와 상호 작용하면 엽록소의 비누화가 발생하여 두 개의 알코올과 클로로필린의 알칼리성 염이 형성됩니다. 손상되지 않은 살아있는 잎에서는 클로로필라제 효소의 영향으로 피톨이 엽록소에서 분리될 수 있습니다. 약산과 상호 작용할 때 추출된 엽록소는 녹색을 잃고 분자 중심의 마그네슘 원자가 두 개의 수소 원자로 대체되는 화합물 페오피틴이 형성됩니다.

손상되지 않은 살아있는 세포의 엽록소는 가역적인 산화 및 환원을 겪는 능력을 가지고 있습니다. 산화환원 반응 능력은 엽록소 분자의 공액 이중 결합의 존재와 관련이 있습니다. 이러한 결합은 단단히 고정되어 있지 않으며 이동하면 피롤 핵의 질소가 산화되거나(전자를 제공) 전자를 얻을 수 있습니다(환원).

엽록소 분자는 극성이며, 포르피린 코어는 친수성 특성을 갖고, 피톨 말단은 소수성 특성을 갖습니다. 엽록소 분자의 이러한 특성은 엽록체 막의 특정 위치를 결정합니다. 연구에 따르면 잎에서 발견되는 엽록소와 잎에서 추출되는 엽록소의 특성은 서로 다릅니다. 잎에서는 혈액의 헤모글로빈처럼 단백질과 복합체를 형성하기 때문입니다. 이는 다음의 자료로 입증됩니다. 1. 잎에 위치한 엽록소의 흡수 스펙트럼은 추출된 엽록소와 다릅니다. 2. 무수알코올로는 마른 잎에서 엽록소를 추출할 수 없습니다. 잎을 적시거나 알코올에 물을 첨가해야만 추출이 성공합니다. 3. 잎에서 분리된 엽록소는 다양한 영향(높은 산도, 산소, 심지어 빛)의 영향으로 쉽게 파괴됩니다. 한편, 잎의 엽록소는 위의 모든 요인에 상당히 저항력이 있습니다. 엽록소와 단백질의 관계는 헤민과 단백질의 관계와 성격이 약간 다르다는 점에 유의해야 합니다. 헤모글로빈은 일정한 비율을 특징으로 한다는 것이 확립되었습니다. 단백질 1분자에는 헤민 4분자가 있습니다. 한편, 엽록소와 단백질의 비율은 다릅니다(단백질 분자 1개당 엽록소 분자 3~10개). 이 비율은 식물의 종류, 발달 단계, 환경 조건에 따라 달라집니다. 단백질 분자와 엽록소 사이의 연결은 단백질 분자의 산성 그룹과 피롤 고리의 질소의 상호 작용에 의해 형성된 불안정한 복합체를 통해 수행됩니다. 단백질의 디카르복실산 아미노산 함량이 높을수록 엽록소와의 복합체가 더 잘 형성됩니다. 단백질의 카르복실기를 차단하면 엽록소에 결합하는 능력이 크게 감소합니다. 엽록소와 관련된 단백질은 낮은 등전점(3.7-4.9)을 특징으로 합니다. 이 단백질의 분자량은 약 68,000입니다.

엽록소 분자의 중요한 특성은 서로 상호작용하는 능력입니다. 그 결과, 이들은 단량체 형태에서 응집 형태로 전환되며, 이는 서로 가까이 있을 때 두 개 이상의 분자가 상호 작용하여 발생할 수 있습니다. 엽록소가 형성되는 동안 살아있는 세포의 상태는 자연적으로 변합니다. 동시에 집계가 발생합니다.

생물학적 색소(생체색소)는 유기체 조직의 일부인 유색 물질입니다. 안료의 색상은 햇빛의 가시 스펙트럼의 특정 부분에서 빛을 선택적으로 흡수하는 발색단 분자의 존재에 따라 결정됩니다. 생명체의 색소 시스템은 환경의 빛 조건과 신체의 신진 대사를 연결하는 연결 고리입니다. 생물학적 색소는 생명체의 삶에서 중요한 역할을 합니다.

생물학적 색소 그룹: 카로티노이드- 저온에 강한 식물에 함유되어 있습니다. 추운 계절에 엽록소가 고갈되면 카로티노이드 색소의 장기간 작용으로 인해 잎이 눈에 띄는 노란색 또는 주황색을 띄게 됩니다. 카로티노이드는 태양으로부터 UV 방사선을 흡수하여 에너지로 변환하고 이를 엽록소로 전달함으로써 햇빛의 유해한 영향으로부터 식물을 보호합니다.

카로티노이드는 다음과 같은 색소를 포함합니다: - 카로틴 - 노란색-주황색 색소, - 헤마토크롬 - 빨간색 색소,

잔토필 – 노란색 색소, 리코펜 – 빨간색, 빨간색-주황색 색소, 루테인 – 노란색 색소,

다른 사람. 포르피린이 그룹에는 포르피린 복합체를 포함하는 생물학적 색소가 포함됩니다.이 그룹에는 식물 색소(엽록소(녹색 색소), 페오피틴 등도 포함됩니다. 일반적으로 이 클래스의 색소는 광화학 과정에 관여하며 대사에 관여하는 효소이기도 합니다. 염료 자체로서의 역할은 부차적입니다. 안토시아닌- 식물에 분홍색, 빨간색, 라일락, 파란색, 진한 보라색에 이르는 색상을 부여합니다. 안토시아닌은 전분이 가수분해되는 동안 형성됩니다. 식물 세포에서 안토시아닌의 강화된 형성은 주변 온도가 낮아지고, 엽록소 합성이 중단되고, 자외선에 집중적으로 노출되고, 전분에 의해 가수분해된 당의 결합에 필요한 인이 부족할 때 발생합니다. 동시에, 식물 잎의 색깔은 녹색에서 빨간색과 파란색으로 변합니다. 피토크롬- 단백질 구조의 청색 식물 색소로 개화 및 종자 발아 과정을 조절합니다. 일부 식물에서는 개화를 가속화하고 다른 식물에서는 지연시킵니다. 피토크롬은 식물의 "생물학적 시계" 역할을 하며, 그 작용 메커니즘은 아직 연구되지 않았습니다. 하루 중 밝고 어두운 시간에 따라 색소의 구조가 변하는 것으로 알려져 있으며, 이는 식물에 이에 대한 신호를 보냅니다. 피토크롬은 세포막과 연관되어 있으며 거의 모든 식물 기관에서 발견됩니다. 멜라닌- 식물과 동물 세포 모두에서 발견되는 색소입니다. 특히, 모발에 검정색과 갈색 색상을 부여합니다. 세포에 멜라닌이 없으면 동물과 인간은 알비노가 되며, 멜라닌 분자의 구조는 액정입니다. 안료는 강력한 항산화제입니다. 수용액에서 합성된 멜라닌은 식물에 놀라운 특성을 가지고 있습니다. 과일의 성장과 숙성을 촉진하고, 형성층의 활동을 감소시키며, 종자 발아를 촉진합니다. 안토클로르- 노란색 안료. 앵초 꽃잎(양, 앵초), 두꺼비, 노란 양귀비, 달리아, 레몬 과일 및 기타 식물의 피부 세포에서 발견됩니다. 안토페인- 희귀한 어두운 색소. 러시아 콩(Faba vulgaris)의 화관 날개에 색깔 있는 반점을 일으킵니다. 엽록소- 식물의 엽록체를 녹색으로 변화시키는 녹색 색소입니다. 참여로 광합성 과정이 수행됩니다. 화학 구조에 따르면 엽록소는 다양한 테트라피롤의 마그네슘 복합체입니다. 엽록소는 포르피린 구조를 갖고 있으며 구조적으로 헴과 유사합니다. 화학 구조에 따르면 엽록소는 디카르복실산 유기산(클로로필린)과 알코올의 두 잔기(피톨 및 메틸)의 에스테르입니다. 실험식은 C55H7205N4Mg입니다. 클로로필린은 마그네슘 포르피린과 관련된 질소 함유 유기 금속 화합물입니다.

클로로필린 공식:

화학적 특성.

엽록소에는 포르피린 코어를 형성하는 4개의 상호 연결된 피롤 잔기가 포함되어 있습니다. 포르피린 코어는 마그네슘 원자에 두 개의 주요 원자가와 두 개의 추가 원자가로 결합되어 있습니다.

동시에, 엽록소 a의 구조식은 엽록소가 이염기산과 두 알코올(메틸 및 이소프렌의 유도체인 고분자량 불포화 알코올 피톨)의 에스테르임을 나타냅니다. 엽록소에 피톨 잔류물이 존재하면 후자의 지질 특성이 나타나며 지방 용매에 대한 용해도가 나타납니다. 녹색 잎을 에틸 알코올에 주입하면 세포에 녹색 결정이 형성되는 것을 볼 수 있습니다. 이 결정은 에틸 클로로필리드(엽록소의 피톨 잔류물을 에틸 알코올 잔류물로 대체한 산물)입니다. 엽록소 분자의 카르복실기와 피톨 잔기 사이의 에스테르 결합이 절단되고, 이어서 이 후자를 에틸 알코올 잔기로 대체되는 현상은 특수 효소인 클로로필라제의 작용으로 발생합니다.

물리적 특성.엽록소 a의 분자량은 893.52입니다. 고립된 상태에서 엽록소는 흑청색 미세 결정을 형성하며, 이는 117~120°C에서 녹아 액체를 형성합니다. 엽록소 a는 디에틸 에테르, 에탄올, 아세톤, 클로로포름, 벤젠 및 피리딘에 쉽게 용해됩니다. 엽록소 a 용액은 청록색을 띠며 강한 적색 형광을 나타냅니다. 디에틸 에테르의 엽록소 a 희석 용액의 흡수 스펙트럼의 주요 최대값은 429 nm와 660 nm입니다.

강의 개요:

4. 엽록소 생합성

6. 카로티노이드

7. 피코빌린

1. 광합성 색소. 엽록소

빛이 식물 유기체에 영향을 미치고, 특히 광합성 과정에서 사용되기 위해서는 광수용체 색소에 의해 흡수되어야 합니다. 안료- 유색물질입니다. 안료는 특정 파장의 빛을 흡수합니다. 태양 스펙트럼의 흡수되지 않은 부분이 반사되어 안료의 색상이 결정됩니다. 따라서 녹색 색소인 엽록소는 빨간색과 파란색 광선을 흡수하고 녹색 광선은 주로 반사합니다. 태양 스펙트럼의 가시 부분에는 400~700nm의 파장이 포함됩니다. 스펙트럼의 가시 부분 전체를 흡수하는 물질은 검은색으로 나타납니다.

색소의 구성은 유기체 그룹의 체계적인 위치에 따라 달라집니다. 광합성 박테리아와 조류는 매우 다양한 색소 구성(엽록소, 박테리오클로로필, 박테리오로돕신, 카로티노이드, 피코빌린)을 가지고 있습니다. 이들의 집합과 비율은 다양한 그룹에 따라 다르며 유기체의 서식지에 따라 크게 달라집니다. 고등 식물의 광합성 색소는 훨씬 덜 다양합니다. 색소체에 농축된 색소는 세 그룹으로 나눌 수 있습니다. 엽록소, 카로티노이드, 피코빌린.

광합성 과정에서 가장 중요한 역할은 녹색 색소인 엽록소입니다. 프랑스 과학자 P.Zh. Pelletier와 J. Caventou(1818)는 잎에서 녹색 물질을 분리하여 엽록소라고 불렀습니다(그리스어 "클로로스" - 녹색 및 "필론" - 잎). 현재 약 10개의 엽록소가 알려져 있습니다. 그들은 화학적 구조, 색상, 살아있는 유기체 사이의 분포가 다릅니다. 모든 고등 식물에는 엽록소가 포함되어 있습니다. ㅏ그리고 비.엽록소 와 함께규조류, 엽록소에서 발견 디- 홍조류에서. 또한 4개의 박테리오클로로필이 알려져 있습니다. (a, b, c그리고 디),광합성 박테리아의 세포에 함유되어 있습니다. 녹색 박테리아의 세포에는 박테리오엽록소가 포함되어 있습니다. 와 함께그리고 디,보라색 박테리아 세포 - 박테리오클로로필 ㅏ그리고 비. 광합성이 일어나지 않는 주요 색소는 녹색 식물의 경우 엽록소, 박테리아의 경우 박테리오클로로필입니다.

러시아 최대 식물학자 M.S.의 연구 덕분에 처음으로 고등 식물의 녹색 잎 색소에 대한 정확한 아이디어를 얻었습니다. 색상 (1872-1919). 그는 물질을 분리하는 크로마토그래피 방법을 개발하고 잎 색소를 순수한 형태로 분리했습니다. 물질을 분리하는 크로마토그래피 방법은 물질의 다양한 흡착 능력을 기반으로 합니다. 이 방법은 널리 사용되었습니다. MS 색상은 분필 또는 자당 (크로마토그래피 컬럼) 분말로 채워진 유리관을 통해 잎 추출물을 통과했습니다. 안료 혼합물의 개별 구성 요소는 흡착 정도가 다르고 다른 속도로 이동하여 컬럼의 다른 영역에 집중되었습니다. 컬럼을 별도의 부분(구역)으로 나누고 적절한 용매 시스템을 사용하여 각 안료를 분리할 수 있습니다. 고등 식물의 잎에는 엽록소가 포함되어 있다는 것이 밝혀졌습니다. ㅏ그리고 엽록소 비,뿐만 아니라 카로티노이드 (카로틴, 잔토필 등). 카로티노이드와 같은 엽록소는 물에 녹지 않지만 유기 용매에는 잘 녹습니다. 엽록소 ㅏ그리고 비색깔이 다양하다: 엽록소 ㅏ청록색을 띠고 엽록소를 가지고 있다. 비- 연두색. 엽록소 함량 ㅏ잎에는 엽록소가 약 3배 더 많이 포함되어 있습니다. 비.

2. 엽록소의 화학적 성질

화학 구조에 따르면 엽록소는 디카르복실산 유기산의 에스테르(클로로필린과 피톨 및 메틸 알코올의 두 잔기)입니다. 실험식은 C 55 H 72 O 5 N 4 Mg입니다. 클로로필린은 마그네슘 포르피린과 관련된 질소 함유 유기 금속 화합물입니다.

엽록소에서 카르복실기의 수소는 메틸 CH 3 OH와 피톨 C 20 H 39 OH의 두 알코올 잔기로 대체되므로 엽록소는 에스테르입니다. ~에 그림 1, A 엽록소의 구조식이 주어진다 ㅏ.

엽록소 비두 개의 더 적은 수소 원자와 하나의 더 많은 산소 원자를 포함한다는 점에서 다릅니다 (CH 3 그룹 대신 CHO 그룹 (그림 1, B) . 이에 대해 엽록소의 분자량은 ㅏ - 893과 엽록소 비- 907. 1960년 R.B. Woodward는 엽록소의 전체 합성을 수행했습니다.

엽록소 분자의 중심에는 마그네슘 원자가 있는데, 이는 피롤 그룹의 질소 원자 4개와 연결되어 있습니다. 엽록소의 피롤 그룹은 이중 결합과 단일 결합이 교대로 반복되는 시스템을 가지고 있습니다. 그게 바로 그거야 발색단태양 스펙트럼의 특정 광선과 그 색상의 흡수를 결정하는 엽록소 그룹입니다. 포르피린 코어의 직경은 10 nm이고, 피톨 잔류물의 길이는 2 nm입니다.

그림 1 – 엽록소 ㅏ그리고 비

엽록소 핵에 있는 피롤 그룹의 질소 원자 사이의 거리는 0.25 nm입니다. 흥미롭게도 마그네슘 원자의 직경은 0.24 nm입니다. 따라서 마그네슘은 피롤 그룹의 질소 원자 사이의 공간을 거의 완전히 채웁니다. 이는 엽록소 분자의 핵심에 추가적인 힘을 부여합니다. 또한 K.A. Timiryazev는 녹색-잎 엽록소와 빨간색-혈액 헤민이라는 두 가지 중요한 색소의 화학 구조의 유사성에 주목했습니다. 실제로 엽록소가 마그네슘 포르피린에 속한다면 헤민은 철 포르피린에 속합니다. 이 유사성은 우연이 아니며 전체 유기체 세계의 통일성에 대한 또 다른 증거로 사용됩니다.

엽록소 구조의 특별한 특징 중 하나는 4개의 헤테로사이클 외에도 5개의 탄소 원자로 구성된 또 다른 고리 그룹인 사이클로펜타논이 분자에 존재한다는 것입니다. 사이클로펜탄 고리에는 반응성이 높은 케토 그룹이 포함되어 있습니다. 에놀화 과정의 결과로 이 케토 그룹 부위의 엽록소 분자에 물이 추가된다는 증거가 있습니다.

엽록소 분자는 극성이며, 포르피린 코어는 친수성 특성을 갖고, 피톨 말단은 소수성 특성을 갖습니다. 엽록소 분자의 이러한 특성은 엽록체 막의 특정 위치를 결정합니다. 분자의 포르피린 부분은 단백질과 연결되어 있고 피톨 사슬은 지질층에 잠겨 있습니다.

잎에서 추출한 엽록소는 산과 알칼리 모두에 쉽게 반응합니다. 알칼리와 상호 작용하면 엽록소의 비누화가 발생하여 두 개의 알코올과 클로로필린산의 알칼리성 염이 형성됩니다. 손상되지 않은 살아있는 잎에서는 클로로필라제 효소의 영향으로 피톨이 엽록소에서 분리될 수 있습니다. 약산과 상호 작용할 때 추출된 엽록소는 녹색을 잃고 분자 중심의 마그네슘 원자가 두 개의 수소 원자로 대체되는 화합물 페오피틴이 형성됩니다.

손상되지 않은 살아있는 세포의 엽록소는 가역적인 광산화 및 광환원을 겪는 능력을 가지고 있습니다. 산화환원 반응 능력은 엽록소 분자에 이동성 결합이 있는 공액 이중 결합이 존재하는 것과 관련이 있습니다.
π-전자와 고독한 전자를 가진 질소 원자. 피롤 코어의 질소는 산화(전자를 제공)하거나 환원(전자를 얻음)될 수 있습니다.

연구에 따르면 잎에서 발견되는 엽록소와 잎에서 추출되는 엽록소의 특성은 잎에서 단백질과 복합체를 이루고 있기 때문에 서로 다른 것으로 나타났습니다. 이는 다음 데이터로 입증됩니다.

잎에 존재하는 엽록소의 흡수 스펙트럼은 추출된 엽록소와 다릅니다.

엽록소는 마른 잎에서 무수 알코올로 추출할 수 없습니다. 잎에 수분을 공급하거나 알코올에 물을 첨가해야 엽록소와 단백질의 결합이 파괴되어야 추출이 성공합니다.

잎에서 분리된 엽록소는 다양한 영향(산도, 산소, 심지어 빛의 증가)의 영향으로 쉽게 파괴됩니다.

한편, 잎의 엽록소는 위의 모든 요인에 상당히 저항력이 있습니다. 저명한 러시아 과학자 V.N. Lyubimenko는 헤모글로빈과 유사하게 이 복잡한 클로로글로빈을 호출할 것을 제안했지만 엽록소와 단백질 사이의 연결은 헤민과 단백질 사이의 연결과 성격이 다르다는 점에 유의해야 합니다. 헤모글로빈은 일정한 비율이 특징입니다. 단백질 분자 1개에 헤민 분자가 4개 있습니다. 한편, 엽록소와 단백질의 비율은 다르며 식물의 종류, 발달 단계, 환경 조건(단백질 1분자당 엽록소 3~10분자)에 따라 달라집니다. 단백질 분자와 엽록소 사이의 연결은 단백질 분자의 산성 그룹과 피롤 고리의 질소의 상호 작용에 의해 형성된 불안정한 복합체를 통해 수행됩니다. 단백질의 디카르복시산 아미노산 함량이 높을수록 엽록소(T.N. Godney)와의 복합체 형성이 더 잘됩니다. 엽록소와 관련된 단백질은 낮은 등전점(3.7-4.9)을 특징으로 합니다. 이 단백질의 분자량은 약 68kDa입니다. 동시에 엽록소는 막지질과도 상호작용할 수 있습니다.

분자의 중요한 특성 엽록소그것은 서로 상호 작용하는 능력입니다. 단량체 형태에서 응집 형태로의 전환은 두 개 이상의 분자가 서로 가까이 있을 때 상호 작용의 결과로 발생했습니다. 엽록소가 형성되는 동안 살아있는 세포의 상태는 자연적으로 변합니다. 동시에 집계가 발생합니다 (A.A. Krasnovsky). 이제 색소체 막의 엽록소는 다양한 정도의 응집을 갖는 색소-지단백질 복합체의 형태로 존재하는 것으로 나타났습니다.

3. 엽록소의 물리적 성질

이미 언급했듯이 엽록소는 빛을 선택적으로 흡수할 수 있습니다. 특정 화합물의 흡수 스펙트럼은 특정 파장(특정 색상)의 빛을 흡수하는 능력에 따라 결정됩니다. K.A.의 흡수 스펙트럼을 얻기 위해 Timiryazev는 엽록소 용액을 통해 광선을 통과시켰습니다. 광선 중 일부는 엽록소에 흡수되었으며 이후 프리즘을 통해 투과되면서 스펙트럼에서 검은 띠가 발견되었습니다. 잎과 같은 농도의 엽록소에는 빨간색과 청자색 광선에 두 가지 주요 흡수선이 있는 것으로 나타났습니다. . 이와 동시에 엽록소 ㅏ용액의 흡수 최대치는 429nm와 660nm이며, 엽록소는 비- 453 및 642nm. 그러나 잎에 있는 엽록소의 흡수 스펙트럼은 잎의 상태, 응집 정도, 특정 단백질에 대한 흡착에 따라 다르다는 점을 고려해야 합니다. 이제 700, 710, 심지어 720nm의 파장에서 빛을 흡수하는 엽록소 형태가 있다는 것이 밝혀졌습니다. 장파장 빛을 흡수하는 이러한 형태의 엽록소는 광합성 과정에서 특히 중요합니다.

엽록소는 형광을 발하는 능력을 가지고 있습니다. 형광은 조명에 의해 흥분되고 매우 짧은 시간(10 8 -10 9 초) 동안 지속되는 물체의 빛입니다. 형광 중에 방출되는 빛은 흡수되는 빛에 비해 항상 더 긴 파장을 갖습니다. 이는 흡수된 에너지의 일부가 열의 형태로 방출되기 때문입니다. 엽록소는 붉은색 형광을 가지고 있습니다.

4. 엽록소 생합성

엽록소의 합성은 두 단계로 진행됩니다: 어두운 단계에서 프로토클로로필라이드로, 그리고 밝은 단계에서 프로토클로로필라이드로부터 엽록소가 형성됩니다. (그림 2). 합성은 글루탐산이 δ-아미노레불린산으로 전환되면서 시작됩니다. δ-아미노레불린산 2분자가 포르포빌리노겐으로 축합됩니다. 다음으로, 포르포빌리노겐 4분자가 프로토포르피린 IX로 전환됩니다. 그 후, 마그네슘이 고리에 통합되고 프로토클로로필라이드가 얻어집니다. 빛과 NADH가 존재하면 엽록소가 형성됩니다. 프로토클로로필라이드 + 2H + + hv →클로로필라이드

그림 2 - 엽록소 생합성 계획

양성자는 색소 분자의 네 번째 피롤 고리에 부착됩니다. 마지막 단계에서 엽록소와 피톨 알코올의 상호 작용이 발생합니다. 엽록소 + 피톨 → 엽록소.

엽록소의 합성은 다단계 과정이므로 다양한 효소가 관여하여 다중 효소 복합체를 구성하는 것으로 보입니다. 이러한 효소 단백질 중 다수의 형성이 빛에 의해 가속화된다는 점은 흥미롭습니다. 빛은 엽록소 전구체의 형성을 간접적으로 가속화합니다. 가장 중요한 효소 중 하나는 δ-아미노레불린산(아미노레불린산 합성효소)의 합성을 촉매하는 효소입니다. 이 효소의 활성은 빛에서도 증가한다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.

5. 엽록소 생성 조건

황폐화된 묘목에서 엽록소 축적에 대한 빛의 영향에 대한 연구를 통해 녹화 과정에서 엽록소가 먼저 나타난다는 사실을 입증할 수 있었습니다. ㅏ.분광학적 분석에 따르면 엽록소 형성 과정이 매우 빠르게 진행되는 것으로 나타났습니다. 응, 벌써 그 이후
조명 시작 1분 후, 황화된 묘목에서 분리된 색소는 엽록소의 흡수 스펙트럼과 일치하는 흡수 스펙트럼을 갖습니다. ㅏ. A.A. 실리카, 엽록소 비엽록소로 형성 ㅏ.

엽록소 형성에 대한 빛의 질의 영향을 연구할 때 대부분의 경우 적색광의 긍정적인 역할이 밝혀졌습니다. 빛의 강도는 매우 중요합니다. 엽록소 형성에 대한 조명 하한의 존재는 V.N. 보리와 귀리 콩나물을 위한 Lyubimenko. 400cm 거리에서 10W 전기 램프를 사용하여 조명하는 것이 엽록소 형성이 중단되는 한계인 것으로 밝혀졌습니다. 또한 엽록소 형성이 억제되는 조명의 상한선도 있습니다.

빛이 없는 곳에서 자란 묘목을 묘목이라고 합니다. 황폐화.이러한 묘목은 모양이 바뀌고(줄기가 길어지고 잎이 발달하지 않음), 약한 노란색(엽록소가 없음)이 특징입니다. 위에서 언급했듯이 최종 단계에서 엽록소를 형성하려면 빛이 필요합니다.

J. Sachs(1864) 이후 어떤 경우에는 빛이 없어도 엽록소가 형성된다는 것이 알려졌습니다. 어둠 속에서 엽록소를 형성하는 능력은 진화 과정의 낮은 단계에 있는 유기체의 특징입니다. 따라서 유리한 영양 조건에서 일부 박테리아는 어둠 속에서 박테리오엽록소를 합성할 수 있습니다. 시아노박테리아는 충분한 유기물이 공급되면 어둠 속에서 자라며 색소를 형성합니다. 어둠 속에서 엽록소를 형성하는 능력은 Characeae와 같이 고도로 조직화된 조류에서도 발견되었습니다. 낙엽 이끼와 간 이끼는 어둠 속에서도 엽록소를 형성하는 능력을 유지합니다. 거의 모든 종류의 침엽수에서 씨앗이 어둠 속에서 발아하면 자엽이 녹색으로 변합니다. 이 능력은 그늘에 강한 침엽수 종에서 더욱 발달합니다. 묘목이 어둠 속에서 자라면서 생성된 엽록소가 파괴되고, 35~40일째에 빛이 없으면 묘목이 죽습니다. 어둠 속에서 격리된 배아에서 자란 침엽수 묘목은 엽록소를 형성하지 않는다는 점은 흥미롭습니다. 그러나 분쇄되지 않은 배유의 작은 조각이 있으면 묘목이 녹색으로 변하기 시작하기에 충분합니다. 배아가 다른 침엽수 종의 배유와 접촉하더라도 녹색화는 발생합니다. 이 경우 배유의 산화 환원 전위 값과 묘목이 어둠 속에서 녹색으로 변하는 능력 사이에 직접적인 상관 관계가 관찰됩니다.

진화론적으로 엽록소는 원래 암흑대사의 부산물로 형성되었다고 결론지을 수 있습니다. 그러나 나중에 빛이 들어오면 엽록소를 가진 식물은 햇빛의 에너지를 사용하는 능력으로 인해 더 큰 이점을 얻었으며 이러한 특징은 자연 선택에 의해 강화되었습니다.

엽록소의 형성은 온도에 따라 달라집니다. 엽록소 축적에 가장 적합한 온도는 26~30°C입니다. 엽록소 전구체(암흑상)의 형성만이 온도에 따라 달라집니다. 이미 형성된 엽록소 전구체가 있는 경우 녹색화 과정(밝은 단계)은 온도에 관계없이 동일한 속도로 진행됩니다.

엽록소 형성 속도는 수분 함량에 영향을 받습니다. 묘목이 심하게 탈수되면 엽록소 형성이 완전히 중단됩니다. 프로토클로로필리드의 형성은 특히 탈수에 민감합니다.

또한 V.I. 팔라듐은 녹색화 과정이 일어나기 위해서는 탄수화물이 필요하다는 사실에 주목했습니다. 이것이 바로 빛 속에서 퇴화된 묘목의 녹화가 나이에 따라 달라지는 이유입니다. 생후 7~9일이 지나면 묘목에서 엽록소를 형성하는 능력이 급격히 떨어집니다. 자당을 뿌리면 묘목이 다시 강렬한 녹색으로 변하기 시작합니다.

미네랄 영양 조건은 엽록소 형성에 가장 중요합니다. 우선, 충분한 양의 철분이 필요합니다. 철분이 부족하면 다 자란 식물의 잎도 색이 옅어집니다. 이 현상을 위황병.철은 엽록소 형성에 중요한 촉매제입니다. 이는 δ-아미노레불린산의 합성 단계와 프로토포르피린의 합성 단계에서 필요합니다. 엽록소 합성을 보장하는 데 매우 중요한 것은 식물에 질소와 마그네슘을 정상적으로 공급하는 것입니다. 이 두 요소는 모두 엽록소의 일부이기 때문입니다. 구리가 부족하면 엽록소가 쉽게 파괴됩니다. 이는 구리가 엽록소와 상응하는 단백질 사이의 안정적인 복합체 형성을 촉진한다는 사실에 분명히 기인합니다.

성장기 동안 식물의 엽록소 축적 과정에 대한 연구에 따르면 최대 엽록소 함량은 개화 초기에만 국한되는 것으로 나타났습니다. 엽록소 생산량의 증가는 식물이 꽃을 피울 준비가 되었음을 나타내는 지표로 사용될 수도 있다고 믿어지고 있습니다. 엽록소 합성은 뿌리 시스템의 활동에 따라 달라집니다. 따라서 접목하는 동안 접수 잎의 엽록소 함량은 대목의 뿌리 계통의 특성에 따라 달라집니다. 뿌리 시스템의 영향은 그곳에서 호르몬(사이토키닌)이 형성된다는 사실 때문일 가능성이 있습니다. 자웅동체 식물에서 암컷 잎은 엽록소 함량이 높은 것이 특징입니다.

6. 카로티노이드

녹색 색소와 함께 엽록체와 크로마토포어에는 카로티노이드 그룹에 속하는 색소가 포함되어 있습니다. 카로티노이드는 이소프렌의 유도체인 지방족 구조의 노란색과 주황색 색소입니다. 카로티노이드는 모든 고등 식물과 많은 미생물에서 발견됩니다. 이들은 다양한 기능을 가진 가장 일반적인 안료입니다. 산소를 함유한 카로티노이드를 카로티노이드라고 합니다. 잔토필.고등 식물에서 카로티노이드의 주요 대표자는 두 가지 색소입니다.
β- 카로틴(주황색) C 40 H 56 및 잔토필(노란색) C 40 H 56 O 2. 카로틴은 8개의 이소프렌 잔기로 구성됩니다. (그림 3).

그림 3 – 베타카로틴의 구조

탄소 사슬이 반으로 부서지고 끝에 알코올 그룹이 형성되면 카로틴은 비타민 A 2분자로 전환됩니다. 주목할만한 점은 엽록소의 일부인 알코올인 피톨과 탄소 사슬의 구조가 유사하다는 점입니다. 카로틴의 이온 고리를 연결합니다. 피톨은 카로티노이드 분자의 이 부분의 수소화 생성물로 발생한다고 가정됩니다. 카로티노이드에 의한 빛의 흡수, 색상 및 산화 환원 반응을 겪는 능력은 공액 이중 결합의 존재로 인해 발생합니다. β-카로틴 482nm와 452nm의 파장에 해당하는 두 개의 흡수 최대값을 갖습니다. 엽록소와 달리 카로티노이드는 적색 광선을 흡수하지 않으며 형광을 발하지도 않습니다. 엽록소와 마찬가지로 엽록체와 크로마토포어의 카로티노이드는 단백질과 수불용성 복합체 형태로 발견됩니다.

카로티노이드가 엽록체에 항상 존재한다는 사실은 이들이 광합성 과정에 참여한다는 것을 암시합니다. 그러나 엽록소가 없을 때 이러한 과정이 일어나는 경우는 단 한 건도 관찰되지 않았습니다. 이제 태양 스펙트럼의 특정 부분을 흡수하는 카로티노이드가 이러한 광선의 에너지를 엽록소 분자로 전달한다는 것이 입증되었습니다. 따라서 엽록소에 흡수되지 않는 광선의 사용에 기여합니다.

카로티노이드의 생리학적 역할은 엽록소 분자로의 에너지 전달에 참여하는 것에만 국한되지 않습니다. 러시아 연구원에 따르면
디. Sapozhnikov는 빛 속에서 잔토필의 상호 전환이 발생하며 (비올락산틴이 제아잔틴으로 변함) 산소 방출을 동반합니다. 이 반응의 작용 스펙트럼은 엽록소의 흡수 스펙트럼과 일치하여 광합성 중 물 분해 및 산소 방출 과정에 참여한다는 것을 암시합니다.

카로티노이드는 광산화 과정에서 빛에 의한 파괴로부터 주로 엽록소 분자와 같은 다양한 유기 물질을 보호하는 보호 기능을 수행한다는 증거가 있습니다. 옥수수와 해바라기 돌연변이체를 대상으로 실시한 실험에서 이 돌연변이체에는 빛을 받으면 엽록소로 변하는 프로토클로로필리드(엽록소의 어두운 전구체)가 포함되어 있는 것으로 나타났습니다. ㅏ,그러나 파괴되었습니다. 후자는 연구된 돌연변이가 카로티노이드를 형성하는 능력이 부족하기 때문입니다.

많은 연구자들은 카로티노이드가 식물의 유성 과정에서 역할을 한다는 것을 나타냅니다. 고등 식물의 개화 기간 동안 잎의 카로티노이드 함량이 감소하는 것으로 알려져 있습니다. 동시에 꽃밥과 꽃잎에서도 눈에 띄게 자랍니다. P. M. Zhukovsky에 따르면 미세 포자 형성은 카로티노이드의 대사와 밀접한 관련이 있습니다. 미성숙 꽃가루는 흰색이고, 익은 꽃가루는 노란색-주황색입니다. 조류의 생식세포에서는 색소의 분화된 분포가 관찰됩니다. 수컷 배우자는 노란색이며 카로티노이드를 함유하고 있습니다. 암컷 배우자에는 엽록소가 포함되어 있습니다. 정자의 운동성을 결정하는 것은 카로틴이라고 믿어집니다. V. Mevius에 따르면 Chlamydomonas 조류의 모세포는 처음에는 편모 없이 성세포(생식세포)를 형성하지만 이 기간 동안에는 아직 물 속에서 이동할 수 없습니다. 편모는 특수 카로티노이드인 크로세틴에 의해 포착되는 장파 광선에 의해 배우자가 조명된 후에만 형성됩니다.

카로티노이드의 형성.카로티노이드 합성에는 빛이 필요하지 않습니다. 잎이 형성되는 동안 카로티노이드는 잎 원기가 빛의 작용으로부터 새싹에서 보호되는 기간에도 색소체에 형성되고 축적됩니다. 조명이 시작될 때 황화된 묘목에서 엽록소가 형성되면서 카로티노이드 함량이 일시적으로 감소합니다. 그러나 카로티노이드 함량은 회복되고 빛의 강도가 증가함에 따라 증가합니다. 단백질과 카로티노이드 함량 사이에는 직접적인 상관 관계가 있다는 것이 입증되었습니다. 잘린 잎에서 단백질과 카로티노이드의 손실은 동시에 발생합니다. 카로티노이드의 형성은 질소 영양 공급원에 따라 달라집니다. 암모니아와 비교하여 식물이 질산염 배경에서 자랄 때 카로티노이드 축적에 대한 더 유리한 결과가 얻어졌습니다. 유황이 부족하면 카로티노이드 함량이 급격히 감소합니다. 영양 배지의 Ca/Mg 비율은 매우 중요합니다. 칼슘 함량이 상대적으로 증가하면 엽록소에 비해 카로티노이드 축적이 증가합니다. 마그네슘 함량이 증가하면 반대 효과가 나타납니다.

7. 피코빌린

피코빌린은 시아노박테리아와 일부 조류에서 발견되는 빨간색과 파란색 색소입니다. 연구에 따르면 엽록소와 함께 홍조류와 시아노박테리아가 ㅏ피코빌린을 함유하고 있습니다. 피코빌린의 화학 구조는 4개의 피롤 그룹을 기반으로 합니다. 엽록소와 달리 피코빌린은 피롤 그룹이 열린 사슬로 배열되어 있습니다. (그림 4) . 피코빌린은 색소로 표현됩니다: 피코시아닌, 피코에리트린그리고 알로피코시아닌.피코에리트린은 산화된 피코시아닌입니다. 홍조류에는 주로 피코에리트린이 함유되어 있고, 시아노박테리아에는 피코시아닌이 함유되어 있습니다. 피코빌린은 단백질(피코빌린 단백질)과 함께 강력한 화합물을 형성합니다. 피코빌린과 단백질 사이의 연결은 산에 의해서만 파괴됩니다. 색소의 카르복실기가 단백질의 아미노기와 결합하는 것으로 추정됩니다. 막에 위치한 엽록소 및 카로티노이드와 달리 피코빌린은 틸라코이드 막과 밀접하게 연관된 특수 과립(피코빌리솜)에 집중되어 있다는 점에 유의해야 합니다.

그림 4 – 피코에리트린의 발색단 그룹

피코빌린은 태양 스펙트럼의 녹색과 노란색 부분의 광선을 흡수합니다. 이것은 엽록소의 두 가지 주요 흡수선 사이에 있는 스펙트럼의 일부입니다. 피코에리트린은 파장 495-565 nm, 피코시아닌 - 550-615 nm의 광선을 흡수합니다. 피코빌린의 흡수 스펙트럼과 시아노박테리아 및 홍조류에서 광합성이 일어나는 빛의 스펙트럼 구성을 비교하면 그 둘이 매우 유사하다는 것을 알 수 있습니다. 이는 피코빌린이 빛 에너지를 흡수하고 카로티노이드처럼 이를 엽록소 분자로 전달한 후 광합성 과정에 사용된다는 것을 의미합니다.

조류에 피코빌린이 존재하는 것은 해수의 두께를 관통하는 태양 스펙트럼 영역을 사용하기 위한 진화 과정에서 유기체의 적응(색채 적응)의 예입니다. 알려진 바와 같이, 엽록소의 주요 흡수선에 해당하는 적색 광선은 물기둥을 통과할 때 흡수됩니다. 녹색 광선은 가장 깊게 침투하며 엽록소가 아닌 피코빌린에 흡수됩니다.

광합성(12시간)

꽃 옆을 지나고 있나요?
몸을 굽히다
기적을 바라봐
이전에는 어디에서도 볼 수 없었던 것입니다.
그분은 이 땅의 누구도 할 수 없는 일을 하실 수 있습니다.
예를 들어...
그는 부드럽고 검은 흙 한 알을 섭취합니다.
그러다가 그는 한 방울의 비를 받아
그리고 푸른 공기 패치,
그리고 햇빛의 광선.
나중에 모든 것이 섞일 것입니다(그런데 어디?!)
(시험관, 플라스크, 등잔 줄은 어디에 있습니까?)
그리고 같은 검은 땅에서
빨간색이에요 파란색이에요
때로는 라일락, 때로는 금!

V. 솔로킨

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안료. 그들은 무엇인가?

자연은 우리에게 색각이라는 놀라운 선물을 선사했으며, 이를 통해 우리는 주변 식물 세계의 아름다움을 감상할 수 있는 기회를 얻었습니다. 우리는 봄 단풍의 섬세한 녹지를 희망적으로 바라보고, 가을 숲의 노랑-주황색을 슬프게도 존경합니다. 꽃이 만발한 초원, 숲 가장자리, 가을 단풍, 정원과 들판의 선물에 감탄하지 않은 사람이 누구입니까? 우리는 머리 색깔을 빵의 황금빛 귀에, 눈 색깔을 푸른 수레국화에 비교합니다. 주황색, 보라색, 남색 등 색상 자체의 이름도 식물의 이름에서 유래되었습니다.

그러나 가을에 녹색 잎이 노란색이나 빨간색으로 변하는 이유는 무엇입니까? 왜 카모마일 꽃잎은 흰색이고, 첫 봄 포플러 잎은 붉은색인가요? 주변 식물이 이런 식으로 색칠되어 있고 그렇지 않은 이유는 무엇입니까? 엄청난 양의 색상과 음영이 어떻게 발생합니까? 꽃이 아침에는 분홍색이고 저녁에는 파란색인 이유는 무엇입니까? 하나의 꽃차례에 흰색에서 분홍색까지 다양한 색상의 꽃 화관이 있는 이유는 무엇입니까? 추운 겨울에도 여름의 밝은 색상을 즐길 수 있도록 장미 꽃, 수레 국화, 금잔화로 물감을 만들 수 있습니까? 일상생활에서 식물의 색깔에 관한 지식을 어떻게 적용할 수 있습니까? 컬러로 치료가 가능한가요?

물론 식물에 색깔이 있다면 염료, 즉 색소가 포함되어 있다는 뜻입니다. 식물 색소는 많은 과학 분야에서 연구 주제입니다. 물리 화학의 주제는 식물에서 색소를 분리하고 화학 구조를 결정하는 것이며, 생화학은 유색 물질의 형성으로 이어지는 과정을 연구하고, 생리학은 식물 기관에서 색소의 위치와 이동을 연구하며, 화학 분류학은 다양한 색소의 존재를 사용하여 식물을 분류하다

색상은 안료의 빛 흡수 능력에 따라 결정됩니다. 400~700nm 파장의 전자기파는 태양 복사의 가시적인 부분을 구성합니다. 400~424nm의 파장은 보라색, 424~491nm는 파란색, 491~550은 녹색, 550~585는 노란색, 585~647은 주황색, 647~740nm는 빨간색입니다. 400 nm 미만의 파장을 갖는 방사선은 자외선이고, 740 nm 이상의 파장을 갖는 방사선은 스펙트럼의 적외선 영역입니다. 햇빛의 최대 색상 분해는 13~15시간에 발생합니다. 초원과 들판이 우리에게 가장 밝고 잡색으로 보이는 것은 이때입니다.

표면에 떨어지는 빛이 완전히 반사되면 해당 표면은 흰색으로 나타납니다. 모든 광선이 흡수되면 표면이 검은색으로 인식됩니다. 특정 길이의 광선만 흡수되면 나머지 부분이 반사되어 색상 감각이 생성됩니다. 예를 들어 오렌지 껍질은 스펙트럼의 파란색 부분에서 나오는 광선을 흡수합니다. 그리고 우리는 오렌지를 오렌지로 봅니다.

착색이 항상 빛의 선택적 흡수로 인한 것은 아닙니다. 따라서 일부 식물 잎의 금속성 색상은 빛의 굴절과 특수 "광학" 비늘 또는 세포 표면에서의 산란으로 설명됩니다. 그러나 대부분의 경우 색소는 착색을 담당합니다.

식물안료-특정 파장의 빛을 흡수하는 큰 유기 분자입니다. 대부분의 경우 색상의 출현을 담당하는 것은 이러한 분자의 특정 부분입니다. 발색단. 일반적으로 발색단 조각은 단일 결합과 이중 결합이 교대로 반복되는 사슬이나 고리로 결합된 원자 그룹으로 구성됩니다(–C=C–C=C–). 이러한 교대 결합이 많을수록 색상이 더 깊어집니다. 또한, 분자 내에 고리 구조가 존재하면 빛 흡수가 향상됩니다.

식물 세포에서 가장 흔히 발견되는 색소는 녹색 색소인 엽록소, 빨간색과 파란색의 안토시아닌, 노란색 플라본과 플라보놀, 노란색-주황색 카로티노이드 및 어두운 멜라닌입니다. 이들 그룹 각각은 화학 구조가 다르므로 빛 흡수 및 색상이 다른 여러 안료로 표시됩니다.

그리고 안료의 색은 환경의 산도, 온도, 다양한 물질과의 상호 작용에 따라 변할 수 있습니다. 따라서 세포, 특히 액포액의 화학적 조성이 중요합니다. 마지막으로, 식물의 색깔은 색소를 포함하는 조직의 구조, 즉 두께, 세포간 공간의 수, 세포 표면의 왁스 코팅 밀도 등에 따라 달라집니다.

식물계에서는 흰색 꽃, 흰색 줄기, 잎의 흰색 반점 등 흰색이 널리 퍼져 있습니다. 흰색 색소를 베툴린이라고 합니다. 어린 나무의 껍질 세포에 축적된 베툴린은 자작나무 줄기를 우리 모두가 존경하는 아름다운 흰색으로 물들입니다. 그러나 화관과 같은 다른 식물에서 흰색의 원인은 색소가 부족한 세포와 결합된 광범위한 세포 간 공간입니다. 그들에게 흰색을 주는 것은... 공기입니다. 이는 여러 가지 방법으로 확인할 수 있습니다(실험 1).

분홍색, 라일락, 파란색, 보라색 꽃의 색깔은 어떻게 결정되나요? 놀랍게도 이러한 색상은 한 그룹의 색소인 안토시아닌에 의해 결정되는데, 이는 파란색 수레국화 꽃에서 처음 분리되었습니다.

밝은 빨간색 장미, 파란색 수레국화, 보라색 팬지에는 세포 수액에 용해된 안토시아닌이 포함되어 있습니다. 사과, 체리, 포도, 블루베리, 블루베리, 메밀 잎과 줄기의 주스, 붉은 양배추, 사탕무의 잎과 뿌리, 어린 붉은 유칼립투스 나무 껍질, 붉은 단풍도 안토시아닌 덕분에 색이 변합니다. 식물 기관이 파란색, 파란색 또는 보라색을 띠면 그 색깔이 안토시아닌 때문이라는 것은 의심의 여지가 없습니다.

안토시아닌은 다양한 당이 안토시아니딘이라는 고리 화합물과 결합하여 형성되는 배당체입니다. 안토시아닌은 세포 수액(액포)에 함유되어 있으며 세포막에는 훨씬 덜 함유되어 있습니다.

알칼리가 있으면 안토시아닌 분자에서 탄소 원자 사이의 이중 결합과 단일 결합의 재배치가 발생하여 새로운 발색단이 형성됩니다. 알칼리 환경에서 안토시아닌은 파란색 또는 청록색을 얻습니다. 따라서 산-염기 지시약으로 사용할 수 있습니다(실험 2). 안토시아닌은 무기산과 유기산에 노출되면 붉은 염을 형성하고, 알칼리에 노출되면 푸른 염을 형성합니다. 안토시아닌의 색상은 금속과 복합 화합물을 형성하는 안료의 능력에 의해서도 영향을 받습니다.

이제 식물계에 널리 퍼져 있지만 어떤 경우에는 안토시아닌과 엽록소로 가려져 눈에 잘 띄지 않는 노란색 색소를 생각해 보겠습니다.

세포에 노란색 또는 노란색-주황색을 부여할 수 있는 색소 그룹이 가장 많습니다. 이들은 카로티노이드, 플라본, 플라보놀 등입니다. 플라본과 플라보놀은 상당히 안정적인 화합물이며, 그 중 일부는 뜨거운 물에 잘 녹습니다. 이것이 플라본 색소가 우리 조상들이 직물을 염색하는 데 사용한 최초의 염료인 이유입니다. 다른 노란색 염료인 칼콘과 오론은 구조상 플라본과 유사합니다. 식물에서는 꽃(꽃잎, 암술머리), 잎, 과일에서 발견됩니다. 우리에게 알려진 식물 중에서 이러한 색소는 밤색, 금어초, 금어초의 잎과 꽃에서 발견됩니다. 그들은 표피 세포의 액포에 집중되어 있습니다. 이러한 색소의 이름은 일반적으로 처음 분리된 식물의 이름에서 유래합니다. 예를 들어, 케르세틴은 참나무 껍질과 열매에 들어 있는 색소입니다.

"안토시아닌" 그룹에 비해 숫자가 많지 않은 일부 식물 종의 경우, 꽃(타게테스 에렉타, 큰 한련) 또는 과일(토마토, 장미 엉덩이, 은방울꽃)의 주황색 및 적갈색 색상은 안토시아닌은 세포 수액에 용해되지만 주로 카로티노이드 그룹의 색소를 갖는 노란색과 주황색 색소체(발색체)에 위치합니다. 당근의 오렌지색 뿌리에 포함된 색소 중 하나를 기리기 위해 이 그룹의 이름은 식물 생화학자 M.S. 색상. 카로티노이드는 꽃, 잎, 과일, 씨앗 등 거의 모든 식물 기관에서 발견됩니다. 잎과 녹색 과일에서 카로티노이드는 엽록소로 가려져 있는 엽록체와 색체에서 발견됩니다.

카로티노이드는 물에 녹지 않지만 유기용매(가솔린, 알코올)에 의해 색소체에서 쉽게 추출됩니다. 안토시아닌과 달리 이들의 색상은 환경의 산도에 의존하지 않습니다. 카로티노이드의 분자에는 서로 다른 길이의 단일 결합과 이중 결합이 번갈아 나타나는 원자 사슬이 포함되어 있기 때문에 카로티노이드에서 하나의 특징적인 발색단 조각을 식별하는 것은 불가능합니다. 각 사슬 유형에는 고유한 개별 발색단이 있습니다. 사슬이 길어짐에 따라 색소의 색은 노란색에서 빨간색, 심지어는 적자색으로 변합니다. 주황색 및 주황색-빨간색 색소인 β-카로틴(당근과 피망의 색소), 루비산틴(장미 엉덩이의 색소) 및 리코펜(토마토의 색소) 분자에는 단일 결합과 교대로 11개의 이중 결합이 있으며 분자에는 빨간색 비올록산틴(일부 빨간색 과일의 색소) - 13.

카로티노이드는 플라본 색소와 함께 오이, 호박, 민들레, 미나리, 금잔화, 금잔화, 애기똥풀, 해바라기, 옥수수 열매, 호박, 호박, 가지, 밤나무, 토마토, 멜론, 그리고 많은 감귤류. 카로티노이드 색소의 수에 대한 기록 보유자는 고추입니다. 그러나 카로티노이드 농도 측면에서 보면 살구 열매, 당근 뿌리, 파슬리 잎이 가장 좋습니다.

일반적으로 식물 화관에는 안토시아닌, 플라본 및 플라보놀이 포함되어 있습니다. 예를 들어, 금어초 꽃에는 두 가지 유형의 안토시아닌(펠라르고니딘과 시아니딘), 케르세틴을 포함한 두 가지 플라보놀, 팬지의 색소인 루테올린과 같은 여러 가지 플라본이 포함되어 있습니다.

검은색 안료는 어떻습니까? 식물에는 완전히 검은 색소가 없습니다. 적포도 품종의 껍질, 일부 꽃의 꽃잎, 홍차, 차가버섯(자작나무 버섯)에는 멜라닌 계열의 흑갈색 색소가 포함되어 있습니다. 그러나 대부분의 경우 검은 꽃이나 과일의 경우 진한 파란색 안토시아닌의 축적을 다루고 있습니다.

블루베리, 블랙 엘더베리, 갈매나무의 열매는 두꺼운 유색 과육 세포층이 햇빛을 완전히 흡수하기 때문에 검게 보입니다.

갈색은 세포에 다량의 노란색 색소가 축적되어 나타나는데, 종종 적갈색 톤으로 착색된 탄닌과 결합됩니다. 예를 들어 마로니에와 참나무 열매에는 노란색 색소 케르세틴이 많이 함유되어 있습니다.

갈색과 검정색이 나타나는 원인은 카테킨 계열의 무색 물질일 수도 있습니다. 특수 효소에 의해 산화되면 중합되어 빨간색과 갈색의 "식용" 탄닌을 생성합니다. 카테킨은 뜨거운 물에 잘 녹고 액포에 축적되며 많은 식물의 잎, 나무, 과일, 잎(차)에서 대량으로 발견됩니다.

별도의 녹색 왕국에 속하는지 결정하는 식물의 가장 중요한 색소는 물론 엽록소입니다. 이는 식물의 녹색 부분(건조한 잎 질량의 0.6~1.2%)에서 발견됩니다.

엽록소 분자에는 마그네슘 이온이 포함되어 있습니다. 광범위한 안토시아닌, 카로티노이드, 플라본 및 플라보놀 그룹과 달리 모든 고등 식물의 세포에는 푸른 빛을 띤 녹색, 엽록소의 두 가지 형태의 엽록소만 있습니다. ㅏ노란색을 띤 녹색, 엽록소 비. 엽록소 ㅏ모든 종류의 광합성 식물의 특징. 엽록소 비고등 식물의 잎과 대부분의 조류에 존재합니다. 갈조류에는 엽록소도 함유되어 있습니다 와 함께, 빨간색은 엽록소입니다. 디.

원시엽록소와 엽록소는 자연에서 훨씬 덜 일반적입니다. 이러한 모든 안료의 녹색은 분자에 마그네슘 이온과 결합된 개방형 포르피린 고리가 존재하기 때문에 발생하며 이는 간단한 실험을 통해 확인할 수 있습니다(실험 3).

다른 유색 물질과 마찬가지로 엽록소의 색상은 안료가 흡수하지 않는 광선의 조합으로 인해 발생합니다. 엽록소 용액의 경우 최대 흡수는 청자색 영역(엽록소의 경우 430nm)에 위치합니다. ㅏ엽록소는 450 nm 비) 및 빨간색(엽록소의 경우 660nm) ㅏ엽록소는 650 nm 비) 스펙트럼의 영역. 이 광선은 엽록소에 완전히 흡수됩니다. 파란색, 노란색, 주황색 광선은 훨씬 적은 양으로 흡수되며 총 흡수량은 엽록소의 총량에 따라 결정됩니다. 흡수 최소값은 녹색 광선 영역에 있습니다. 스펙트럼에서 적외선 영역과의 경계에 위치한 적색 광선의 작은 부분만이 엽록소에 전혀 흡수되지 않습니다. 이것이 소위 원적외선입니다.

엽록소에 의한 스펙트럼의 여러 부분에서 광선이 선택적으로 흡수되는 것을 실험적으로 관찰할 수 있습니다(실험 4). 시험관의 액체 기둥 높이가 증가함에 따라 용액의 색상이 밝은 녹색에서 체리색으로 변합니다. 관찰됨. 이는 울창한 숲에서 숲 캐노피 아래에서 나오는 붉은 빛을 본 사람들이 옳다는 것을 의미합니다.

다양한 연령대와 다양한 식물 종의 잎은 다양한 녹색 음영이 특징입니다. 이는 엽록소가 잎 색깔의 형성에 참여할 뿐만 아니라 잎에 포함된 다른 색소(노란색 카로티노이드, 빨간색 안토시아닌)도 참여한다는 사실로 설명됩니다. 실험을 통해 잎을 색칠하는 색소의 다양성을 확인할 수 있다(실험5).

테이블. 식물 재료의 염료

염색색	식물	사용된 부품

		열매와 뿌리
갈색		나뭇잎, 나무껍질
	전구 양파
	흰 버드나무
제비꽃	블루베리와 블랙베리

	산사나무	나무껍질, 싹, 잎
	세인트 존스 워트
		신선한 나무껍질
	침대 빨대
	블랙 엘더베리
	말밤색
	그레이 알더
주황색	애기똥풀	잎과 줄기
	말밤색	잎과 줄기
	침대 빨대


	감자들	잎과 줄기
구연산	매자나무
		나뭇잎과 꽃
	동	줄기와 잎

	토끼풀
	이반 다 마리아

식물에 색소가 필요한 이유는 무엇입니까?

색소의 가장 중요한 기능은 광합성이다. 주로 엽록소에 의해 수행됩니다. 그러나 일부 카로티노이드는 광합성에서도 중요한 역할을 합니다. 그들은 에너지 전달 후 엽록소 분자가 원래 상태로 돌아가도록 돕고 광산화로부터 보호합니다. 다양한 색소를 사용하여 식물은 가시광선의 거의 전체 스펙트럼과 자외선 및 적외선 범위의 일부를 광합성에 사용하도록 "관리"합니다.

안료는 식물의 감광성, 신진 대사의 계절적 조절, 성장 및 개화, 준비 및 휴지기로의 전환, 종자 발아 과정 조절과 관련이 있습니다.

플라본과 플라보놀은 자외선을 흡수하여 엽록소와 세포질이 파괴되지 않도록 보호합니다. 카로티노이드, 플라본 및 안토시아닌이 수행하는 매우 중요한 기능은 식물의 생화학적 과정을 방해하는 자유 라디칼을 중화하는 것입니다. 이 안료에는 항산화 특성이 있습니다.

플라본 색소는 때때로 항진균제 또는 항균제로서 자기 방어를 위해 식물에 의해 "사용"되며 영양분 공급원 역할을 합니다.

꽃차례를 둘러싼 꽃잎, 꽃받침 또는 잎에 포함된 색소는 수분 곤충을 유인하는 꽃 색깔을 부여합니다. 밝은 색상은 곤충이 꿀과 꽃가루를 찾을 수 있는 위치를 나타내는 "식별 표시"입니다. 같은 식물의 꽃 색깔도 나이가 들면서 변하는 경우가 있습니다. 이것은 이른 봄 폐이풀 식물에서 분명히 눈에 띕니다. 어린 꽃의 분홍색은 나이가 들수록 파란색으로 변합니다. 이 경우 색상 변화는 곤충에 대한 신호 역할을 합니다. 시간을 낭비하지 마세요!

사람은 식물 색소를 어떻게 사용합니까?

식물계의 밝은 색상은 우리의 눈을 즐겁게 하고 미적 즐거움을 선사합니다. 그러나 사람들은 또한 식물성 염료의 실용적인 용도를 찾습니다. 인디고, 헤나, 바스마, 알리자리(alizarin, 꼭두서니 뿌리) - 이러한 천연 염료의 이름은 모든 사람에게 알려져 있습니다. 고대부터 다른 페인트는 식물 재료에서 얻어졌습니다. 어느 것이 지리에 따라 달라졌나요? 예를 들어, 러시아 중부에서는 섬유와 직물을 노란색으로 염색하기 위해 모래 츠민, 삼자 끈, 염색 단추, 초원 수레 국화 및 산형 매풀이 사용되었습니다. 세인트 존스 워트(St. John's wort)의 땅에서 추출한 추출물은 양모를 녹색, 갈색, 습지 톤으로 염색합니다. 노란색, 녹색, 갈색 - 딜 뿌리 추출물이며 노란색 염료는 어린 자작 나무 잎에서 얻습니다.

식물성 염료나 잉크를 직접 만들 수도 있습니다(실험 6).

색소가 풍부한 식물이 발견되어 의학에 사용됩니다. 리코펜 색소(토마토, 수박 등의 과일에 색을 부여하는 베타카로틴의 이성질체)는 항산화 활성이 뚜렷하고 혈중 콜레스테롤 수치를 낮추며 신체적, 정신적 성능을 향상시킵니다. 루테인(예: 블루베리에 풍부함)과 루테인으로 형성된 제아잔틴은 망막 황반의 주요 색소입니다. 그들은 항산화 및 감광 활성이 높아 자외선과 조기 노화의 파괴적인 영향으로부터 망막을 보호합니다. 엽록소는 자극 및 강장 효과가 있으며 기초 대사, 장의 긴장도, 심혈관 시스템, 호흡 센터를 증가시키고 조직의 육아 및 상피화를 자극하며 혈액 제제에 영향을 미치고 백혈구 및 헤모글로빈 수를 증가시키며 정균 효과가 있습니다. 엽록소는 또한 신체의 면역 기능을 강화하여 식균작용을 촉진하며, 비타민 K의 전구체로서 소변에서 옥살산칼슘 결정의 형성을 억제하고 관련 효소의 작용을 활성화하므로 요로결석 예방 용도를 결정합니다. 비타민 E, A 및 K의 합성. 몸에서 독소를 제거하고 건강한 장내 식물상을 유지하며 갑상선과 췌장의 기능을 개선하고 약한 이뇨제로 작용하여 수유부의 수유를 증가시킵니다.

멜라닌 색소는 강력한 항산화제입니다. 수용액의 합성 멜라닌은 과일의 성장과 숙성을 촉진하고 형성층의 활동을 감소시키며 종자 발아를 촉진합니다. 동물과 인간의 경우 멜라닌은 자외선을 흡수하여 피부 깊은 층의 조직을 방사선 손상으로부터 보호합니다. 수용성 멜라닌을 장기간 투여하면 궤양 형성을 예방하고, 위점막의 출혈 횟수를 감소시키며, 스트레스에 따른 총 체중 감소를 예방합니다. 소화 과정에서 멜라닌은 장내 미생물의 참여로 부분적으로 흡수되고 부분적으로 연동 조절자인 장 흡착제 역할을 하며 장내 미생물의 구성을 정상화합니다. 급성 중독에 대한 활성 해독제로서 중독 초기 단계에서 소화관의 독소를 혈액으로 흡수되기 전에 효과적으로 제거합니다. 암 치료 및 예방에 멜라닌을 사용하는 것이 가능합니다.

헤나(lawsonia 관목의 잎에서 얻은 염료)는 머리카락을 더 뻣뻣하고 두꺼워지며 볼륨감 있게 염색하는 데 사용할 뿐만 아니라 살균제로도 사용됩니다. 헤나 제제(연고 및 염료 용액)는 발의 땀, 습진 및 화농성 상처 치료에 사용됩니다.

생물학적 활성 물질(루틴, 카테킨, 케르세틴, 시트린, 헤스페리딘, 에리오딕티올, 시아니딘)의 그룹인 식물성 바이오플라보노이드를 비타민 P. 전체적으로 약 150개의 바이오플라보노이드가 알려져 있습니다. 특히 감귤류, 블랙 커런트, 로즈힙, 밤색, 녹차, 샐러드에 많이 들어 있습니다. 예를 들어, 레몬 껍질에서 분리된 이 비타민은 모세혈관의 취약성과 투과성을 감소시켰습니다. 이 비타민은 우리 몸에서 생성되지 않으므로 매일 식단에 포함되어야 합니다.

노란색 플라빈 색소인 리보플라빈은 비타민 B2로 알려져 있고, 카로티노이드 레티놀은 비타민 A로 알려져 있습니다.

표 1. 식품용 식물성 염료

코드번호	식품첨가물의 명칭
	커큐민(커큐민)
	리보플라빈 (리보플라빈)
	타르타진(타르트라진)
	Sunset Yellow FCF(선셋 옐로우)
	아조루빈(아조루빈)
	퐁소(퐁소 4R, 크림슨 4R)
	페이턴트 블루 V
	캐러멜(설탕색)
	카로틴(카로틴)
	비트 레드
	안토시아닌(안토시아닌)

모든 색소에 약리학적 효과가 있는 것은 아닙니다. 그러나 그들은 모두 무독성이며 음식 착색에 좋습니다. 케이크와 같은 요리 예술 작품에서 저지방 단백질 크림은 플라본 색소로 노란색을 띠고, 빨간색에서 파란색까지의 모든 색상은 안토시아닌에 의해 제공되며, 아름다운 보라색은 사탕무의 베타시아닌, 녹색은 , 물론 엽록소 덕분에 나타납니다. 풍부한 크림은 카로티노이드에 의해 노란색, 주황색, 빨간색으로 착색됩니다. 하지만 식물에는 파란색 지용성 색소가 없기 때문에 버터크림이 밝은 파란색이라면 합성 염료를 사용한 것입니다.

우리는 식물 색소의 이점과 그것이 우리에게 미치는 중요성에 대해 끝없이 이야기할 수 있습니다. 여기 또 다른 흥미로운 예가 있습니다. 광물 매장지를 검색하는 생지화학적 방법은 토양의 화학적 구성에 따라 식물의 색이 변하는 능력에 기초합니다... "그래서 어쩌죠?" -누군가가 물어볼 것입니다. 아무것도... 그냥 무성한 녹색 식물, 가지각색의 꽃 융단, 여름 별장에 있는 토마토의 자기만족적인 붉은색을 보면서 우리 주변의 모든 것이 우연이 아니고 모든 것이 서로 연결되어 있다고 생각하고 얼마나 아름다운지 생각해보세요. 우리 모두가 살고 있는 세상은 조화롭고 놀랍습니다.

작업장

실험 1. 꽃잎은 왜 하얗나요?

표적:보라색, 카모마일, 흰 백합 및 기타 꽃 꽃잎의 흰색이 염료의 존재 때문이 아니라 발달 된 세포 간 공간 시스템 때문인지 확인하십시오.

1. 현미경으로 흰색 보라색 꽃의 꽃잎을 검사합니다.

2. 세포 간 공간에서 공기를 제거하십시오. 이는 여러 가지 방법으로 수행할 수 있습니다.

A. 손가락으로 꽃잎을 가볍게 짜냅니다. 공기는 세포간 공간을 떠나고, 꽃잎은 얼음처럼 무색 투명해진다.

B. 꽃잎을 물에 담그십시오. 몇 시간 후 물이 기공을 통해 세포간 공간으로 침투하면 꽃잎은 무색이 됩니다.

B. 바늘이 없는 주사기에 꽃잎을 넣고 물을 채웁니다. 주사기 끝이 위를 향하게 한 상태에서 플런저를 밀어 넣어 공기를 빼냅니다. 그런 다음 손가락으로 팁 구멍을 막고 피스톤을 아래로 움직입니다. 생성된 진공의 결과로 기포가 꽃잎에서 물로 방출되기 시작합니다. 1~2분 후에 공기가 세포간 공간에서 빠져나갑니다. 플런저를 다시 주사기에 밀어 넣으십시오. 물이 세포 간 공간으로 흘러 들어가고 꽃잎이 투명해집니다.

3. 실험 후 투명해진 보라색 꽃잎을 현미경으로 관찰합니다. 공기 세포 간 공간이 사라졌습니다.

결론: 꽃잎의 흰색은 발달된 세포간 공간 시스템에 기인합니다.

실험 2. 안토시아닌의 지표특성 연구

안토시아닌은 수용성 색소입니다. 이들의 수성 추출물은 사탕무, 붉은 양배추 잎 또는 분홍색에서 보라색에 이르는 꽃의 꽃잎에서 얻을 수 있습니다. 이렇게하려면 0.5-1g의 식물 물질을 절구에 넣고 소량의 잘 씻은 모래로 갈아서 약 5ml의 물을 넣고 결과 용액을 여과하십시오. 식물의 종류에 따라 이러한 추출물은 파란색, 진한 파란색, 보라색, 분홍색 또는 진홍색이 될 수 있습니다.

안토시아닌은 비트 주스와 건포도, 초크베리, 초크베리, 라즈베리 등 많은 식물의 과일 주스에서도 발견됩니다.

깨끗한 시험관에 색소추출물 2~3ml를 붓고 묽은산 1~2방울을 첨가한다. 생성된 안토시아닌 추출물이 처음에는 갈색을 띠었다면, 산 한 방울을 첨가한 후에는 아름다운 분홍색-빨간색을 띠게 됩니다. 색상 변화는 안토시아닌 분자의 재배열과 관련이 있습니다.

표시지를 사용하여 용액의 pH를 측정하고 칼 끝에 희석된 알칼리 또는 약간의 베이킹 소다 가루를 한 방울씩 첨가합니다. pH 변화에 따른 용액의 색상 변화를 관찰하십시오. 산과 알칼리의 영향으로 안토시아닌 용액의 색상 변화 주기가 여러 번 반복될 수 있습니다.

다양한 식물에서 분리된 안토시아닌 용액의 지시약 특성을 테스트합니다. (안료용액은 빨리 변질되므로 냉장고에 보관하여 실험 직전에 준비하는 것이 좋습니다.) 결론:안토시아닌은 환경의 pH에 따라 색이 변하며, 안토시아닌 수용액은 산-염기 지시약으로 사용될 수 있습니다.

표 2. 산성 및 알칼리성 환경에서 다양한 식물의 안토시아닌 수용성 추출물의 색상 변화

식물	초기 솔루션 색상	산성 매질의 용액 색상	알칼리성 매질의 용액 색상
바이올렛 우잠바리카	하늘색	옅은 분홍색	밝은 노랑
정원 딸기 (과일)	레드가 가미된 핫핑크	주황색
금어초(빨간색)	적갈색	옅은 분홍색
금어초(노란색)		옅은 분홍색
바질(보라색)	진한 노란색	옅은 녹색	황갈색
	하늘색	옅은 분홍색	옅은 노랑
블랙커런트(과일주스)	바이올렛 블루	진한 빨간색	진한 노란색
레드커런트(과일주스)		밝은 빨간색	밝은 노랑
라즈베리(과일주스)	라즈베리가 들어간 핫핑크	핫 핑크	밝은 녹색, 그다음 노란색
비트뿌리(뿌리즙)	비트 루트	밝은 빨간색	밝은 청록색, 그 다음에는 진한 노란색
체리(과일주스)	체리		밝은 녹색, 그 다음에는 밝은 노란색
초크베리(과일주스)	갈색-빨간색	더러운 빨간색	더러운 노란색
Zygocactus (Decembrist)	라이트 라즈베리	옅은 분홍색
붉은 양배추	라일락을 곁들인 라즈베리	핫 핑크	파란색, 녹색, 노란색 순으로

실험 3. 마그네슘이 엽록소 색상에 미치는 영향에 대한 증거

엽록소의 빛 흡수 특성은 분자의 화학 구조에 의해 결정됩니다. 공액 이중 결합 시스템은 청자색 광선을 흡수하는 데 중요한 역할을 합니다. 분자 핵심에 마그네슘이 존재하면 빨간색 영역의 흡수가 결정됩니다. 예를 들어 분자에서 마그네슘을 제거하는 등 구조를 위반하면 엽록소의 색상이 변경됩니다. 엽록소와 산 사이의 반응을 통해 마그네슘은 엽록소에서 제거될 수 있습니다.

작업하려면 신선한 곡물 또는 실내 식물 잎, 95% 에틸 알코올, 도자기 절구와 유봉, 깔때기와 여과지, 10% 염산 용액, 아세트산 아연, 알코올 램프, 피펫, 4가 필요합니다. 시험관.

주의하여! 농축산 작업 규칙을 잊지 마세요!

먼저 잎 색소의 알코올 추출물을 얻어야 합니다. 이렇게하려면 으깬 잎에 5-10 ml의 에틸 알코올을 첨가하고 (1-2 개의 양아욱 잎은 실험에 충분합니다) 칼 끝에 CaCO3 분말 (분필)을 첨가하여 세포 수액의 산을 중화시키고 분쇄합니다. 균질한 녹색 덩어리가 될 때까지 도자기 모르타르에 넣습니다. 에틸 알코올을 더 추가하고 알코올이 강렬한 녹색으로 변할 때까지 조심스럽게 계속 문지릅니다. 생성된 알코올 추출물을 깨끗하고 건조한 시험관이나 플라스크에 여과합니다.

투과광(녹색)과 반사광(체리색 - 형광 현상)에서 생성된 엽록소 용액을 검사합니다. 별도의 시험관에 들어 있는 추출물에 물 몇 방울을 넣고 흔들면 투명한 엽록소 용액이 흐려진다(형광 현상이 사라진다).

2~3ml의 색소 알코올 추출물을 3개의 깨끗한 시험관에 옮깁니다. 시험관 중 하나는 대조용 시험관으로, 나머지 두 개에는 염산 용액 2~3방울을 첨가합니다. 용액의 색상이 갈색으로 변합니다. 산과의 상호 작용의 결과로 엽록소 분자의 마그네슘이 두 개의 수소 원자로 대체되고 갈색 물질인 페오피틴이 형성됩니다. 대조를 위해 페오피틴이 들어 있는 시험관 중 하나를 남겨두고, 다른 하나에는 칼끝으로 아세트산아연을 넣고 수조에서 가열하여 끓입니다. 아연 원자는 엽록소 분자의 수소 원자(이전에는 마그네슘을 대체함)를 대체하고 용액의 갈색은 다시 녹색으로 변합니다.

결론:엽록소의 색은 분자 내 유기금속 결합의 존재 여부에 따라 달라집니다.

실험 4. 엽록소 함량에 따른 잎 색소 추출물의 색상 의존성 연구

이 실험에서는 빛이 엽록소 용액을 아래에서 위로 통과해야 합니다. 즉, 시험관 아래에 놓을 수 있는 광원이 필요합니다. 갓이 없는 수평 테이블 램프, 수족관 조명, 강력한 손전등 등이 될 수 있습니다. 또한, 실험 3에 나타난 바와 같이 잎 색소의 짙은 녹색 알코올 추출물을 준비해야 한다.

빛이 측면에서 용액에 떨어지지 않도록 긴 시험관을 검은 종이로 싸서 광원 위에 놓습니다. 위에서 시험관을 들여다보고 엽록소 용액을 조금씩 첨가하십시오.

시험관에는 추출물이 거의 없지만 스펙트럼의 청자색 및 적색 영역에서 나오는 광선을 주로 흡수하기 때문에 색상은 에메랄드 녹색입니다. 파란색, 노란색 및 주황색 광선은 매우 적은 양으로 흡수됩니다. 그러나 시험관의 추출물 양이 증가함에 따라 이 영역(스펙트럼의 파란색 및 노란색 영역, 다음으로 녹색 광선)에서 흡수되는 빛의 총량이 증가합니다. 어떤 단계에서는 원적외선만 흡수되지 않고 남게 되며, 시험관의 용액은 체리색을 띠게 됩니다.

결론:엽록소는 대부분의 가시 스펙트럼에서 광선을 흡수하지만 다른 광선의 흡수 강도는 동일하지 않습니다. 총 흡수량은 엽록소의 총량에 따라 달라집니다.

실험 5. 알코올 수용성 색소 혼합물의 분리

잎색소의 알코올 추출물을 제조해보자(실험3). 추출물은 녹색이지만 실제로는 엽록소 외에도 카로티노이드 그룹의 노란색 색소인 카로틴과 크산토필도 포함하고 있습니다. 이를 확인하는 방법에는 여러 가지가 있습니다.

유리막대를 사용하여 잎 색소의 알코올 추출물 한 방울을 여과지에 바르십시오. 3~5분 후 종이 위에 다양한 동심원이 형성됩니다. 중앙은 녹색(엽록소), 외부는 노란색(카로티노이드)입니다.

폭이 약 1cm, 길이가 20cm인 여과지 조각의 한쪽 끝을 후드가 있는 시험관에 넣습니다. 몇 분 후에 종이에 녹색 엽록소 줄무늬가 나타나고 그 위에 노란색 카로티노이드 줄무늬(카로틴과 크산토필)가 나타납니다. 녹색 영역에서는 녹색(엽록소 a)과 녹색-노란색(엽록소 b)의 두 가지 줄무늬를 구분할 수 있습니다.

안료의 분리는 여과지에서의 흡착(표면층에서의 흡수)이 다르고 용매(이 경우 에틸 알코올)에서의 용해도가 다르기 때문에 발생합니다. 카로티노이드는 엽록소보다 여과지에 더 잘 흡착되고 엽록소보다 여과지를 따라 더 멀리 이동합니다.

또 다른 분리 방법은 다양한 용매에 대한 안료의 다양한 용해도를 기반으로 합니다. 이 작업을 위해서는 깨끗한(라이터 재충전용) 휘발유가 필요합니다.

주의하여!가연성 액체 작업 규칙을 잊지 마세요!

잎 색소의 알코올 추출물 2~3ml를 시험관에 붓고 같은 양의 휘발유와 물 1~2방울을 첨가합니다. 시험관을 마개로 닫고(엄지손가락을 사용할 수 있음) 2~3분 동안 세게 흔든 후 가라앉도록 기다립니다.

시험관 안의 액체는 두 층으로 분리됩니다. 위쪽은 가벼운 휘발유, 아래쪽은 알코올입니다. 알코올은 휘발유에 녹지 않는 크산토필 색소에 의해 노란색으로 변합니다. 휘발유 층은 엽록소가 용해되어 녹색을 띠게 됩니다. 실제로 휘발유 층에도 카로틴이 포함되어 있지만 그 색은 엽록소의 강렬한 녹색으로 가려져 있습니다.

카로틴 색소가 휘발유 층에 실제로 존재하는지 확인하려면 수산화나트륨 또는 수산화칼륨의 20% 용액이 필요합니다.

주의하여!농축 알칼리 작업 규칙을 잊지 마세요!

화학 구조에 따르면 엽록소는 디카르복실산 클로로필린과 두 가지 알코올인 메틸과 피톨의 에스테르입니다. 에스테르가 알칼리와 상호작용할 때, 비누화 반응이 일어납니다. 즉, 에스테르 결합이 절단되어 주어진 산과 알코올의 염이 형성됩니다. 엽록소의 비누화 반응의 결과로 클로로필린의 나트륨 또는 칼륨 염, 메틸 알코올 및 피톨이 형성됩니다.

시험관에 색소알코올추출물 2~3ml를 붓고 20% 알칼리용액 4~5방울을 넣은 후 마개(이 경우에는 손가락이 아닌 마개!)로 시험관을 닫은 다음 떨림. 엽록소와 알칼리 사이에서 반응이 일어난다. 나트륨과 칼륨 클로로필린은 녹색이므로 용액의 색은 변하지 않습니다.

시험관에 들어 있는 액체의 전체 부피가 두 배가 되도록 휘발유를 시험관에 넣고 흔들어서 가라앉힙니다. 시험관 안의 액체는 두 개의 층으로 분리됩니다. 아래쪽은 알코올이고 위쪽은 가벼운 휘발유입니다.

낮은 알코올 층은 엽록소와 달리 휘발유에 불용성인 클로로필린 나트륨과 같은 염이 존재하기 때문에 녹색으로 변합니다. 여기 알코올 층에는 크산토필 색소가 위치하지만 그 색은 클로로필린의 나트륨염의 강렬한 녹색으로 가려져 있습니다. 휘발유의 최상층은 카로틴 색소에 의해 노란색으로 변합니다.

결론:잎의 알코올 추출물에는 엽록소와 두 개의 노란색 색소인 카로틴과 크산토필이 포함되어 있습니다. 식물 잎의 색깔은 주로 이러한 색소의 양적 비율과 안토시아닌 계열 색소의 존재 가능성에 따라 달라집니다.

작업을 계속하면서 다양한 유형의 식물과 다양한 연령대에서 분석을 위해 다양한 색상의 잎 추출물을 채취하는 것이 흥미 롭습니다. 성숙한 성숙한 잎은 어린 잎보다 더 많은 엽록소를 함유하고 있습니다. 오래된 잎에는 노란색 색소가 더 많이 포함되어 있습니다. 따라서 잎의 색깔은 나이에 따라 변합니다. 어린 잎의 경우 황록색에서 성체의 경우 강렬한 녹색으로, 낙엽의 경우 노란색으로 변합니다.

실험 6. 식물성 염료 얻기

I. 양파 껍질에서 염료 얻기

양파 껍질 추출물은 식품과 직물을 황갈색으로 염색하는 데 널리 사용됩니다.

작업하려면 철-암모늄 명반 [(NH 4)2SO 4 × Fe 2 (SO 4) 3 × 24 H 2 O] 및 황산철(II)이 필요합니다.

1. 양파 껍질 100g을 따뜻한 물 1리터에 30~35분간 붓고, 베이킹 소다 1티스푼을 넣고 약한 불에서 가볍게 저어주며 1.5시간 동안 끓입니다.

2. 추출물을 버리고 양파 껍질에 다시 소량의 물을 부어 1 시간 동안 끓입니다. 추출물을 다시 배출하고, 이전에 받은 부분과 섞어서 가라앉히도록 합니다. 염료의 농도를 높이기 위해 생성된 추출물을 증발시킬 수 있습니다.

영구적인 착색을 얻으려면 소독제(물 2리터당 명반 4g 또는 황산제1철 1g)를 사용해야 합니다. 색칠은 세 가지 방법으로 수행할 수 있습니다.

a) 사전 에칭: 도장할 재료를 소독액에 15~20분 동안 끓인 다음 차가운 염료 용액으로 옮겨 45~60분 동안 끓입니다.

b) 동시 에칭: 염료 용액에 에칭 용액을 추가하고 칠할 재료를 낮추고 항상 뒤집어 끓입니다.

c) 산세 후: 염료 달임액에서 재료를 약 1시간 동안 끓인 다음, 용액에 산 세척제를 첨가하고 40분 더 끓인다.

3. 약간의 식초를 첨가한 따뜻한 물에 염색된 천이나 실을 헹굽니다.

양파 껍질 추출물을 넣고 끓이면 재료가 점차 짙은 갈색으로 변합니다. 명반이나 황산철(II)을 동시에 사용하면 재료가 검게 변색됩니다.

식물 재료를 사용한 다른 염색 옵션은 표 3에 나와 있습니다.

표 3. 식물성 염료와 매염제를 이용한 착색

II. 식물재료에서 잉크 추출

탄닌이 풍부한 일부 식물 재료를 잉크로 사용할 수 있습니다. 일하려면 황산철(II)이 필요합니다.

1. 20% 황산철(II) 수용액을 준비한다.

2. 마른 찻잎 2g을 뜨거운 물 50ml에 넣고 끓는 물 중탕에서 30~40분간 가열합니다.

3. 용액을 여과하고 침전물에 물 20-25ml를 더 추가하고 끓여서 다시 여과하십시오. 여액을 합치고 8~10ml의 부피로 증발시킵니다.

4. 따뜻한 여액 2ml에 20% 황산철(II)용액 0.5~1ml를 검은색이 될 때까지 첨가한다. 잉크를 걸쭉하게 만들려면 과립 설탕 1-2g을 추가하십시오.

차 대신 참나무 껍질, 친퀘 포일 뿌리 또는 컬리 독 뿌리, 마로니에 열매 또는 블랙 엘더베리 등 탄닌이 풍부한 다른 원료를 사용할 수 있습니다. 작업하려면 이 재료 50~100g이 필요합니다.

실험 7. 직접 지시약 만들기

붉은 양배추 잎 추출물은 최고의 지표 특성을 가지고 있습니다. 처음에는 라즈베리 라일락 색상이 있습니다. 강산성 환경(pH 2~3)에서는 붉은색을 띠고, pH 4~5에서는 분홍색으로 변합니다. 또한 중화가 진행됨에 따라 분홍색-빨간색이 먼저 라일락색으로 변한 다음 연한 파란색(pH 6-7)으로 변합니다. pH 값이 알칼리성 영역으로 전환되면 용액의 색상은 녹색(pH 8), 황록색(pH 9~10)이 되고 고알칼리성 환경(pH 10 이상)에서는 노란색이 됩니다.

이 추출물을 여과지 조각에 담그고 건조시키면 산성 영역에서 용액의 pH를 매우 정확하게 측정할 수 있는 우수한 지시지를 얻을 수 있습니다. 알칼리 지시약(빨간색 지시지)을 준비하려면 먼저 적배추 추출물에 식초 1~2방울을 넣어 핑크색이 나타날 때까지 산성화한 후 여과지를 담가야 합니다.

붉은 양배추 염료의 지시약 특성은 리트머스와 유사합니다. 색 전이 영역은 pH 범위 3~12에 있습니다. 용액의 pH를 보다 정확하게 결정하려면 이 표시기의 색상 변화에 대한 색상 척도를 만들어야 합니다.

결과 표시지는 다양한 물질의 pH와 토양 산도를 결정하는 데 사용할 수 있습니다(표 4).

표 4. 가정용 물질 용액의 적 양배추 지시약의 색상 변화

물질	표시 색상	환경의 pH
콜게이트 치약	하늘색
아쿠아렐 치약	하늘색
클렌징 파우더 "Deni", "Myth"	진한 파란색
클렌징 파우더 "도시아"
타이드 클렌징 파우더	하늘색
세척제 "잠금"	변경되지 않음
오븐청소기 암웨이	진한 파란색, 거의 검은색
비누 "어린이", "틱톡"	하늘색
비둘기 비누	변경되지 않음
사과주스(수제)	핫 핑크

알부시드(안약)	밝은 파란색
제비꽃을 위한 흙	희미한 하늘색, 가장자리가 더 어두움
보편적인 식물성 토양	희미한 하늘색
꽃을 위한 보편적인 토양	변경되지 않음
산림 재배지 근처의 눈	변경되지 않음
도로 근처에 눈	라이트 핑크

문학

Artamonov V.I. 흥미로운 식물 생리학. – M.: Agropromizdat, 1991.
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M. 및 O. Barinov의 사진