Яскраві та корисні, або Антоціани відкривають свої таємниці

Завдячуючи вивченню природних речовин, що відповідають за розмаїття кольорів у рослин, наука збагатилася цікавою і дуже корисною інформацією. Особливо плідним виявилося дослідження рослинних пігментів антоціанів, адже вони відіграли важливу роль у таких відкриттях, як закони Менделя і мобільні генетичні елементи, а також у створенні медичних нанотехнологій на основі РНК-інтерференції. Тим не менш ці дивовижні хімічні сполуки з унікальними властивостями й понині продовжують викликати значний інтерес багатьох дослідників у галузі хімії, біології та медицини

Чому волошки сині?

Рослинні пігменти, загальною назвою яких є біофлавоноїди, — це органічні сполуки, наявні в клітинах та тканинах рослин, які надають квіткам, плодам та листю найрізноманітнішого забарвлення, що так радує наше око. Нині в рослинному світі відомо близько 2 тис. таких пігментів, серед яких приблизно 150 є найбільш стійкими. Всі пігменти розподіляють на три групи: хлорофіли, каротиноїди та антоціани.

Хлорофіл визначає зелене забарвлення листя. Без цього смарагдового пігменту є неможливим життя на планеті, оскільки він здійснює фотосинтез. Супутниками хлорофілу є каротиноїди, котрі визначають жовте, помаранчеве та червоне забарвлення плодів. Антоціани відповідають за цілий спектр забарвлення — від червоного до синього. Саме антоціани (від грец. ánthos — колір та kýаnos — лазуровий) є одними з найпоширеніших пігментів у рослинному світі.

Перші досліди з вивчення антоціанових сполук та їхньої хімічної природи було проведено відомим англійським хіміком Робертом Бойлем. Ще в 1664 р. він першим виявив, що під дією кислот синій колір пелюстків волошки змінюється на червоний, а під дією луг ці пелюстки зеленіють.

У 1913–1915 рр. німецький біохімік Ріхард Вільштеттер та його швейцарський колега Артур Штоль опублікували серію наукових робіт, присвячених антоціанам. З квіток різних рослин вони виділили індивідуальні пігменти й описали їхню хімічну будову. Виявилося, що антоціани в клітинах рослин перебувають переважно у вигляді глікозидів, а їхні аглікони (базові молекули-попередники), що отримали назву антоціанідинів, пов’язані переважно з цукрами: глюкозою, галактозою та рамнозою. За дослідження барвників рослинного походження Ріхард Вільштеттер у 1915 р. був удостоєний Нобелевської премії з хімії. У 1928 р. англійський хімік Роберт Робінсон першим здійснив хімічний синтез антоціанів, а у 1947 р. за дослідження рослинних продуктів великої біологічної цінності був удостоєний цієї премії.

Тепер ми знаємо, що антоціани належать до глікозидів, а основою їхньої хімічної будови є структура:

Розмаїття забарвлень квіток залежить від числа гідроксильних груп у молекулах антоціанів: з їх збільшенням колір стає більш синім. Забарвлення визначається поєднанням антоціанів із іонами різних металів. Так, наприклад, солі магнію та кальцію сприяють переважанню синього кольору, а солі калію — пурпурового. Група антоціанів налічує близько 10 видів.

Відомо вже понад 500 індивідуальних антоціанових сполук, й їхнє число постійно збільшується.

Щоб бути стійкішими до холоду

Антоціани наявні в рослинах як у їхніх генеративних органах (квітках, пилку), так і вегетативних (стеблах, листі, коренях), а також у плодах та насінні. Вони містяться в клітині постійно або з’являються в певній стадії розвитку рослин чи під дією стресу. Саме остання обставина наштовхнула вчених на думку про те, що антоціани потрібні не тільки для того, щоб яскравим забарвленням приваблювати комах-запильників й розповсюджувачів насіння, але й для боротьби з різними видами стресу.

Виявляється, ці пігменти, що з’являються у листі та стеблах за дії низьких температур ранньою весною та восени, слугують вибірковими фізико-хімічними фільтрами — «пастками» для сонячних променів. У молодих паростках та в листі бузини червоної, пирію повзучого, жита озимого та багатьох інших рослин антоціани ранньою весною перетворюють світлову енергію на теплову й захищають ці рослини від холоду. Казкове забарвлення листя дерев та кущів у період «золотої осені» також залежить від вмісту в ньому антоціанів, найактивнішому процесу утворення яких сприяють зниження температури, яскраве освітлення й затримка, за цих причин, у листі поживних речовин, особливо цукрів.

Найбагатшими на антоціани є ягоди, фрукти та овочі із синьою, фіолетовою, червоною шкіркою або м’якоттю, серед яких «рекордсменами» за вмістом цих речовин значаться: ожина, чорниця, вишня, журавлина, баклажани (шкірка) та червонокачанна капуста

Було встановлено, що фіолетовий колір насіння, листя та стеблин у рослин є індикатором вмісту в них вуглеводів, які легко ферментуються та значною мірою обумовлюють стійкість рослин до холоду. За цим характерним показником у перспективі можна буде оперативно проводити попередній відбір на морозостійкість й підвищений вміст цукрів, що є особливо важливим при виведенні нових сортів багатолітніх кормових рослин.

Завдяки інтенсивним дослідженням біохімічної природи пігментів, а також вивченню особливостей їхнього біосинтезу в різних видів рослин як на рівні ферментів, так і на молекулярно-генетичному рівні, відкрилися невичерпні можливості створення декоративних рослин з незвичним забарвленням, а також культурних видів рослин з підвищеним вмістом антоціанових пігментів. Так, наприклад, блакитна троянда тепер вже зовсім не є фантастикою.

Чорниця не лише смачна…

Виникає логічне питання щодо користі цих речовин для організму людини. Звичайно, вчені не залишили цього поза увагою. За результатами експериментальних досліджень встановлено, що антоціанам притаманна ціла низка корисних властивостей. Зокрема, вони виявляють яскраво виражений капілярно-протекторний ефект (Р-вітамінна активність) [1], а також мають протипухлинну [2], антимутагенну [3], кардіопротекторну [4] та гепатопротекторну активність [5], однак лікарських засобів з такими властивостями на основі антоціанів поки що не створено, адже від експерименту до аптеки, як відомо, шлях є досить тривалим, високовитратним і далеко не завжди успішним. На ринку існують лише БАДи, до складу яких входять антоціани, одержані з ягід чорниці та чорної смородини, проантоціанідини — з кісточок червоних сортів винограду, та деякі з вітамінів. Такі БАДи застосовують як додаткове джерело антоціанів і вітамінів перш за все при діабетичній ретинопатії, катаракті, глаукомі та деяких інших захворюваннях органа зору.

…Як для профілактики, так і для лікування захворювань краще не сподіватися на БАДи, а регулярно й із задоволенням споживати сезонні ягоди, овочі та фрукти, а також подбати про своєчасну їх заготівлю на осінній, зимовий та весняний періоди

В цьому немає нічого дивного, адже той факт, що вживання ягід чорниці сприяє поліпшенню зору, з давніх пір є загальновідомим. Вважають, що ці та інші ягоди, багаті на антоціани, сприяють зменшенню ламкості капілярів, поліпшують стан сполучних тканин, в цілому чинять сприятливий вплив на організм людини переважно за рахунок антиоксидантних властивостей антоціанів. Але одна справа ласувати ягодами, а інша — приймати БАДи, тому рішення щодо профілактики, а тим більше лікування цими препаратами слід обов’язково узгодити з лікарем. І все ж як для профілактики, так і для лікування захворювань краще не сподіватися на БАДи, а регулярно й із задоволенням споживати сезонні ягоди, овочі та фрукти, а також подбати про своєчасну їх заготівлю на осінній, зимовий та весняний періоди.

Найбагатшими на антоціани є ягоди, фрукти та овочі із синьою, фіолетовою, червоною шкіркою або м’якоттю, серед яких «рекордсменами» за вмістом цих речовин значаться: ожина, чорниця, вишня, журавлина, баклажани (шкірка) та червонокачанна капуста.

Кольорові йогурти

Останніми роками широкого застосування антоціани набули як барвники у харчовій промисловості, де їх використовують при виробництві різноманітних напоїв, кондитерських виробів та кисломолочних продуктів, зокрема йогуртів, а також у косметиці в якості колагену та стабілізаторів. Так, природний барвник під назвою Е163 дозволений в якості харчової добавки, а виробляють його з темних сортів винограду шляхом віджимання, але іноді замість винограду використовують чорну смородину або чорну бузину. Харчова добавка Е163 може бути представленою у вигляді пасти, рідини або порошку. Залежно від рівня кислотності середовища антоціани можуть надавати продукту помаранчевого, коричневого, червоного, фіолетового або синього кольору.

Харчовий барвник Е163 схвалений для використання у багатьох країнах світу, в тому числі й в Україні. Він є безпечним, на відміну від багатьох інших барвників, особливо синтетичних, від яких все частіше відмовляються на користь природних, бо серед них існують навіть такі, що заборонені у деяких країнах через їхню надмірну шкідливість. Щодо такої корисної властивості Е163, як попередження розвитку злоякісних пухлин стравоходу та товстої кишки, про яку часто-густо можна прочитати у рекламних буклетах виробників цього продукту, то це твердження поки що не доведено, існують, як вже зазначалося вище, лише дані експериментальних досліджень про наявність у антоціанів протипухлинної активності, а це зовсім не одне й те саме. Але дослідження антоціанів тривають, тому не виключено, що згодом на базі цих незвичайних речовин буде створено нові ефективні та безпечні лікарські засоби, у тому числі, можливо, й протиракові.

Рослини як ліки – в рубриці “Фітотерапія”

1. Costantini A., De Bemardi Т., Gotti A. Clinical and capillaroscopic evaluation of chronic uncomplicated venous insufficiency with procyanidins extracted from Vitis vinifera // Minerva Cardioangiol. — 1999; Vol. 47, № 1–2: 39–46.
2. Hou D.X., Ose Т., Lin S. et al. Anthocyanidins induce apoptosis in human promyelocytic leukemia cells: structure-activity relationship and mechanisms involved // Int. J. Oncol. — 2003; Vol. 23, № 3: 705–712.
3. Cody V., Middleton E., Harbome J.B. Plant flavonoids in biology and medicine: biochemical, pharmacological, and structure-activity relationships. — New York: Alan. R. Liss. Inc., 1986. — 330 p.
4. Fremont L., Belguendouz L., Delpal S. Antioxidant activity of resveratrol and alcohol-free wine polyphenols related to LDL oxidation and polyunsaturated fatty acids // Life Sci. — 1999; Vol. 64, № 26: 2511–2521.
5. Ray S.D., Kumar M.A., Bagchi D. A novel proanthocyanidin IH636 grape seed extract increases in vivo bcl-Xl expression and prevents acetaminophen-induced programmed and unprogrammed cell death in mouse liver // Arch. Biochem. Biophys. — 1999; № 369: 42–58.

Підготував Руслан Примак, канд. хім. наук

Який пігмент забарвлює листя в зелений колір?

Чому кульбаби жовті, троянди червоні, а фіалки – сині? Люди завжди захоплювалися пишністю квітучих садів і лугів, але мало хто знає всі секрети однієї з найбільших природних красот землі. Їх різноманітність безмежно.

Відтінок квітки визначається тими ж причинами, за якими людина може народитися з чорними або світлим волоссям, мати блакитні або зелені очі. Генетика.
Процес формування пігментів визначає колір зелені, квіток і плодів, і сам визначається в спадковому геномі рослини.

Науці відомо безліч пігментів, причому деякі з них зустрічаються тільки в одному виді або сімействі. Їх поєднання дають різноманітну палітру, а відсутність – білий колір .

хлорофіл

Це найвідоміший пігмент, котрого має цей зелений колір, який ми бачимо на листках і листі. Що ще більш важливо, дозволяючи рослинам виробляти кисень під час фотосинтезу, він має вирішальне значення для підтримки життя на землі.

каротиноїди

Каротин – це пігмент, який поглинає синє світло і який забезпечує насичені жовтий і оранжевий. Кольори манго, моркви, осіннього листя і батата обумовлені різними формами каротіна.Лікопін, кантаксантин і астаксантин мають схожу структуру з каротином. Червоні кольори томатів, гуави, червоного грейпфрута, папайї, шипшини і кавуна свідчать про наявність лікопену.

Кантахантін надає рожевий колір фламінго, деяким ракоподібних, лососеві і форелі. Астаксантин розфарбовує в червоні кольори варених раків і омарів, лящів, форелі і деяких молюсків. У живій тварині астаксантин пов’язаний з білками і особливо не проявляється.

Приклади рослин, забарвлених каротиноидами:

флавоноїди

Флавоноїди – жовті пігменти, найбільш помітні в лимонах, апельсинах, і грейпфрутах. Саме їх назва походить від латинського слова “flavus”, що означає жовтий. Флавоноїди в квітках і плодах сигналізують комахою, птахам і звірам: тут є, чим поживитися! Флавоноїди зосереджені в цитоплазмі і пластидах.

Багато продуктів, які ми їмо, включаючи темний шоколад, полуницю, чорницю, корицю, горіхи, виноград і капусту, містять флавоноїди. Ці речовини, до речі, вельми корисні: знижують рівень холестерину і багато мають антиоксидантні властивості. Проантоцианіди і теафлавіни – червонувато-коричневі пігменти.

Вони, наприклад, відповідальні за колір чаю.

антоцианіни

Квіти червоного, рожевого, блакитного і пурпурного відтінків пофарбовані головним чином антоціанинами. Справа в тому, що антоцианин змінює колір від червоного і пурпурного до яскраво-синього, в залежності від кислотності.

Іпомея, (також відома як «Японська Ранкова Слава» або Ipomoea tricolor) змінює колір з фіолетового на синій в залежності від часу доби.

Чорниця, журавлина, ожина, червона малина, чорна смородина, вишня, шкірка баклажанів, чорний рис, виноград, червона капуста і фіалка, червоні і фіолетові оливки – всі вони зобов’язані своїм кольором цього пігменту.

Проантоціанідіни пов’язані з бежевим кольором насіння квасолі, а також з відтінками чорного, червоного, коричневого. Це та сама речовина, яке надає червоному вину такий вишуканий колір.

Приклади рослин, забарвлених антоцианами:

Приклади рослин, забарвлених флавоноїдами:

Беталаіни

Як і каротиноїди з флавоноїдами, беталаіни також грають важливу роль в залученні тварин до квітів і фруктів. Вони відтворюють схожу гамму кольорів. Беталаіни складаються з двох підгруп: червоно-фіолетові (бетаціанін) і жовто-помаранчеві (бетаксантін) пігменти.

Вони зустрічаються тільки в декількох сімействах рослин причому завжди незалежно від антоціанів. Наприклад, глибокий червоний колір буряка обумовлений вмістом цілої колекції цих пігментів (бетанин, ізобетанін, пробетанін, і необетанін).

Сьогодні бетаціаніни – це поширені харчові барвники. Betalains дають початок до своєрідного глибокому червоному кольору буряка. Іншими пігментами, що містяться в буряку, є індікаксантін і вульгаксантіни (варіації жовтих і помаранчевих пігментів, відомих як бетаксантіни).

Беталаіни також надають малинове забарвлення квіткам амаранту (клас каріофіллен).

Як пояснити дитині, чому листя на деревах змінюють колір? Відповідаємо і експериментуємо

Осінь – дуже важлива пора для спостережень. А допитливим малюкам все цікаво, чому так змінюється природа. Нижче наведено відповіді на найбільш поширені питання дітей: чому листя змінюють колір, чому дерево скидає їх, чому сосни не скидає хвоинки і т.д.

Чому листя зелене?

У зеленому листі міститься пігмент – хлорофіл. Саме він “ловить” сонячні промені і перетворює енергію, отриману з сонця в поживні речовини. Коли температура знижується, хлорофіл починає руйнуватися.

Розгляньте листочок за допомогою лупи

Запропонуйте дитині розглянути будову листа за допомогою лупи. Почніть з черешка (те місце, де лист з’єднується з гілкою). Розгляньте всі жилки, що ведуть від черешка за якими листочок отримує поживні речовини. Зверніть увагу, що зовнішня частина листа темніше, вона якраз і поглинає сонячне світло.

Тепер подивіться на край листа, він називається крайкою.

зелений листочок (краще, якщо це буде листочок кімнатної рослини), невеликий шматочок білої тканини, дерев’яний кубик.

Листочок покласти на тканину і згорнути. Вдаряє кубиком по листочку в тканини. Спостерігаємо зелені плями на тканині. Це пігмент- хлорофіл, який і забарвлює листок в зелене світло.

Навіщо взагалі потрібен хлорофіл?

З його допомогою рослина поглинає вуглекислий газ і на світлі перетворює його разом з водою в глюкозу, а потім її в усі поживні речовини необхідні рослині.

Частинки хлорофілу в листі

Що відбувається восени?

Восени день стає коротшим, температура повітря знижується, сонце гріє вже слабше і віддає менше енергії. І рослини починають готуватися до зими. Всі поживні речовини з листочків поступово переходять в корінь дерева. Це допомагає пережити дереву зиму і навесні дати зростання молодим листочків.

Також в листі з часом накопичуються шкідливі речовини. І рослині необхідно їх скинути. Вважається, що листопад є важливою частиною життєвого циклу дерева.

Чому листя змінюють свій колір?

Коли поживні речовини перейшли в корінь дерева, утворення хлорофілу припиняється, що залишився розпадається. І утворюються пігменти інших квітів: жовтий ксантофилл, помаранчевий каротин, корисний антоцианин. Забарвлення залежить від того, якого пігменту в листочку більше.

Показуємо наочно:

аркуш паперу, зелений пластилін або тісто для ліплення, кольорові олівці (жовтого, оранжевого і червоного кольорів).

1. Малюємо на аркуші паперу контур листочка (можна принести з прогулянки сподобався осінній листочок).

2.Обьясняем: в листочку містяться різні кольори: зелений, жовтий, зелений і червоний. Зеленого найбільше, тому ми і бачимо навесні і влітку листочок такого кольору.

3. Пропонуємо розфарбувати листочок в жовтий, оранжевий або червоний кольори (малюємо осінній листок). Адже ці пігменти в листочку присутні завжди.

4. Зелений пластилін або тісто розмазує по намальованому листку.

5.Об’ясняем: Що зелений колір переважає в листочку навесні і влітку. Коли настає осінь, рослина не утворює більше частинки зеленого кольору, і поступово старі руйнуються.

6.Соскребаем пластилін за допомогою стека (показуємо, що пігмент зеленого кольору руйнується).

7. Ось і виходить листочок, який змінив колір.

Досвід: як світло впливає на забарвлення листя.

зелений, великий лист; чорна папір, стакан з водою.

1.Половіну або частина листа заклеїти папером.

2. Поставити листочок в стакан з водою.

3.Оставляем на тиждень в добре освітленому місці.

Робимо висновок: лист під папером пожовтів, значить хлорофіл без світла розпадається швидше.

Робити цей досвід, можна ще порівнюючи листя з різних дерев.

Досвід: як кисень впливає на забарвлення листя.

листочок ще зелений, стакан з водою.

1. Листочок опускаємо в воду наполовину.

2.Ставім стакан в темне місце на 5 днів.

Робимо висновок: частина листа, що знаходилася у воді залишилася зеленої, значить, хлорофіл руйнується повільніше при нестачі кисню. Оскільки в воді його набагато менше, ніж в повітрі.

Чому осіннє листя різнокольорові?

У кожного дерева і чагарника свій набір різнокольорових частинок – пігментів. Ще яскравість залежить від погодних умов. Якщо погода сонячна, тепла, то листочки будуть яскравих кольорів. Якщо похмура, холодна і дощова, то листочки будуть тьмяними, коричневими.

Досвід: Отримуємо пігменти з листочка.

невеликі прозорі баночки (за кількістю листочків), листя різних кольорів, ступка і товкач, медичний спирт, фільтри від кави.

1. За допомогою ступки і маточки розтираємо зелений листочок, до тих пір, поки не з’явиться сік.

2. Перекладаємо кашку, що вийшла в банку і обов’язково підписуємо її.

3.Проделась ті ж дії з усіма листочками.

4.Наліть пару крапель медичного спирту в кожну банку.

5. Чекаємо добу або нагріваємо на водяній бані наші отримані розчини.

6. Хвилин через 30 (якщо нагрівали спирт, якщо не. То чекаємо добу), можна помітити, що пігменти пофарбували спирт в свої кольори.

7. Нарізаємо фільтр невеликими смужками і вставляємо один його кінець в банку.

8. Чекаємо в середньому 1,5 години і спостерігаємо, як пігменти вбралися в фільтр

Пігменти різних кольорів будуть вбиратися в фільтр з різною швидкістю. Тому якщо ви взяли листочок, пофарбований в різні кольори, то на фільтрі вони розсиплеться.

Що буде, якщо дерево не скине свої листочки?

1. Влітку з поверхні листочка випаровується волога, яка потрапила на них із землі. Вона рухалася від кореня до листочками. Взимку вода в землі замерзає і дереву ніде її брати. Воно не зможе більше “годувати” листочки і себе, дерево просто загине. Тому то всі поживні речовини залишаються взимку в корені, допомагаючи пережити суворе і суху пору року.

Показуємо наочно:

Якщо встати рано вранці і подивитися на зелені листочки, на них можна побачити вологу. А через деякий час помічаємо, що її вже немає, вона випарувалася.

2. Якби не було листопада восени, то сніг б налипав на гілочку і листочки набагато більше, і тим самим міг їх.

Показуємо наочно:

Беремо звичайну вату і змочуємо її водою (вона буде виконувати роль снігу). Спочатку кладемо її на гілочку без листочка і бачимо, що вона просто скочується вниз. А потім кладемо вату на гілочку з листочками. Бачимо, що вона дуже сильно нагнулася від тяжкості.

Чому сосни і їли не скидають свої хвоїнки?

Хвоїнки випаровують у багато разів менше води, ніж листяні дерева. І вважається влагоустойчивой породою дерев. Тому то, їм і не треба скидати свій “наряд” взимку.

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.