Пігменти і кольори
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Багате розмаїття фарб, властиве квітам, завжди привертало до себе увагу хіміків і ботаніків. Скільки пігментів бере участь у створенні незліченного розмаїття барвистих відтінків кольорів? Як синтезуються пігменти в рослинах? Квіткові пігменти діляться на дві групи: розчинні у воді флавоноїди (їх можна знайти в вакуолях клітин) – носії червоного, синього і жовтого кольорів, і розчинні в жирах каротиноїди (вони розташовуються в пластидах клітин) – носії червоного, оранжевого і жовтого кольорів. У цій статті будуть розглядатися тільки флавоноїди.
Молекули цих пігментів складаються з двох бензольних кілець. Кільця з’єднані між собою ланцюгом. Ця будова записується в такий спосіб: С3-С6-С3. Різноманітність груп флавоноїдних пігментів пов’язана з різним рівнем окислення ланцюга, що складається з 3 атомів вуглецю. Два найбільш поширених флапоноїда: антоціани (від грецького «сині квіти»), які дають відтінки синього, пурпурного або червоного кольорів, і флавоноли (від латинського «жовтий»), якому властивий жовтий колір і колір слонової кістки. У антоціанів менше хімічних варіацій, ніж у флавонолів.
У квіткових пелюстках молекули пігментів, як правило, пов’язані з однією-двома цукровими групами, які роблять молекулу більш розчинною у воді. Пігмент, до якого приєднаний цукор, називають антоцианом, пігмент без цукру називають антоцианідіном.
Всього з тканин пелюсток вдалося виділити шість широко поширених і сім рідких антоцианідінів. Вони відрізняються за кількістю і розташуванням хімічних груп, приєднаних до бензольного кільця молекули. Це кільце може нести на собі одну, дві або три гідрофільних групи (ОН). Іноді атом водню у гідроксильній групі буває заміщений метильною групою (СН 3).
Збільшення кількості гідроксильних груп, приєднаних до кільця, підвищує інтенсивність синього кольору пігменту, а збільшення кількості метильних груп робить пігмент більш червоним.
Багате розмаїття фарб в кольорах залежить не тільки від різних пігментів, але і від клітинного середовища, що оточує їх молекули. Антоціани, наприклад, змінюють свій колір, приєднуючи або віддаючи іони водню. У підкисленому середовищі, що містить надлишок іонів водню, пігмент червоніє. Якщо концентрація іонів водню падає, пігмент синіє, потім знебарвлюється і, нарешті, розкладається. Колір може також змінюватися внаслідок того, що антоціани утворюють комплекси з іншими пігментами. В результаті невелике число пігментів у різноманітних умовах навколишнього середовища здатне дати широкий спектр забарвлення квітів.
Оскільки забарвлення квітів визначається не тільки пігментами, а й в якійсь мірі навколишньою їх клітинною тканиною, одне і те ж забарвлення квітам можуть передавати різні пігменти.
Було б легковажно припускати, що різноманіття квіткових пігментів створено природою тільки для того, щоб радувати наше око.
Основна функція квіткових пігментів – залучення запилюючих комах. Яскраво червоні і оранжево-червоні квіти, особливо поширені в тропіках, привертають до себе птахів. Бджола віддає перевагу жовтим і синім квіткам. Денні метелики запилюють яскраво забарвлені квіти, тоді як нічні метелики воліють квіти білі і блідо пофарбовані, які більш помітні в сутінках. Квіти залучають запилювачів не тільки своїм забарвленням. У більшості випадків на пелюстках квіток є смужки, точки, рисочки, які служать орієнтирами «відвідувачеві» в пошуках нектару.
Мабуть, квіткові пігменти виконують і якісь інші життєво важливі функції в рослинах. На цю думку наводить висока біологічна активність деяких пігментів. Наприклад, кварцетин, виявлений у жовтих трояндах і кольорах бавовни, у вигляді глюкозіда широко застосовується як ліки, що запобігають крихкості капілярних кровоносних судин.
На закінчення треба зауважити, що фарбувальні пігменти зустрічаються не тільки в квітках рослин; нерідко ними багаті і кореневища. Наприклад, антоциан міститься в гімалайській редисці і в індійському сорті моркви. Присутність барвника надає моркві надзвичайно привабливий вигляд, тому на півночі Індії її зазвичай використовують для приготування солодощів.
Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка
При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.