Биологический каталог




Биохимия природных пигментов

Автор Г.Бриттон

тил время и энергию на подготовку книги и часто не уделял им должного внимания. Моя жена Пат вынесла все это со стойкостью и терпением. Более того, она очень помогла мне, превратив мою несовершенную и местами неразборчивую рукопись в безупречный машинописный текст. Мои дети — Ребекка и Джонатан — временами были лишены общения со мной и того отцовского руководства, которое необходимо в их возрасте и которое я сам хотел бы осуществить. Это им я посвящаю настоящую книгу в надежде на то, что они смогут получить столько же удовольствия, сколько получил я, соприкоснувшись с миром живой природы, где цвет играет такую большую роль.

Г. Бриттон

Час ib I

Химические и биохимические аспекты

Глава 1 Свет и цвет

1.1. Введение

1.1.1. Электромагнитное излучение Солнца

Все процессы жизнедеятельности на Земле в конечном итоге зависят от той части огромных ресурсов солнечной энергии, которая достигает поверхности нашей планеты. Солнце испускает широкий спектр электромагнитных излучений, от длинноволнового инфракрасного (ИК) и радиочастотного до коротковолнового ультрафиолетового (УФ) и улУчеи- (рис. 1.1). Однако земная атмосфера эффективно отфильтровывает большую часть этого излучения, особенно обладающие высокой энергией и губительные для тканей живых организмов УФ-, рентгеновские и у-лучи.

1.1.2. Видимый свет

Среди разных видов излучений, которые достигают поверхности Земли, с наибольшей легкостью пронизывают атмосферу лучи с длинами волн 380—750 нм (1 нм = 10_э м). Этот диапазон длин волн, называемый видимым светом, имеет первостепенное значение для поддержания жизни. Животные, в том числе и человек, обладают очень сложными фотороцептор-ными системами для обнаружения видимого света, а также для точного различения света с разной длиной волны в процессе цветового зрения. Окраска и способность приобретать окраску стали, таким образом, очень важными в мире живого.

Видимый свет — это тот диапазон световой энергии, который используется растениями и микроорганизмами в процессе фотосинтеза. С помощью фотосинтеза атмосферная двуокись углерода фиксируется в такой химической форме, которая используется не только самими растениями, но и служит первичным источником пищи для всего живого мира. Различные фоторецепторы регистрируют также вариации в количестве до

ступного видимого света, например различия в длине дня и ночи, и это лежит в основе чрезвычайно важных механизмов, регулирующих рост и развитие. Для того чтобы быть окрашенными, различать цвета и осуществлять такие процессы, как рецепция света, фотосинтез и фоторегуляция, живые организмы должны обладать специфическими механизмами, позволяющими им поглощать свет в видимой части спектра. Поэтому молекулы природных пигментов, или биохромов, обладающие особым свойством поглощать свет с длинами волн 380—750 нм,

Видимый свет

Длина волны

(ю-10м)

1пм 1нм

(10"12м) (10-9м)

т

1 мм (10"3м)

Радиочастоты

1 1

1 м

1—г

1 км (103м)

Рнс. 1.1. Спектр электромагнитного излучения.

имеют фундаментальное значение. Целью настоящей книги является обзор основных химических и биохимических свойств природных пигментов, а также по возможности полное описание их функционирования на молекулярном уровне.

1.2. Цвет и его восприятие 1.2.1. Цвет

Одновременное восприятие всего диапазона 380— 750 нм создает у человека ощущение белого света. Другие животные способны воспринимать излучение с длинами волн, выходящими за пределы этого диапазона. Например, пчелы «видят» УФ-лучи, которые невидимы для человека.

Ощущение цвета создается в том случае, если мы воспринимаем лучи только части видимого диапазона. Белый свет представляет собой совокупность электромагнитных излучений с диапазоном длин волн 380—750 нм. Если его разделить путем пропускания через призму, то образуется ряд полос, каждая из которых охватывает гораздо более узкий диапазон длин волн. Мы видим эти лучи как ряд цветов, в частности красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый цвета радуги, которые образуются в результате преломления солнечного света на капельках воды. Ощущение каждого отдельного цвета связано с длиной волны светового луча данного диапазона; например ощущение желтого цвета мы получаем от света с длиной волны ~580 нм. Ощущения, которые люди с нормальным цветовым зрением отождествляют с определенными длинами волн, перечислены на рис. 1.2. Можно также

4Цвет

(УФ)

Комплементарный цвет

< I

, I I

? Фиоле—Синий-Зеленый—Желтый

ьтовый !

I I I \

I

Желтый-Оранже--Крас- Пурпур- Синий-вый| ный ный

I

(ИК) I I

I

Длина волны,нм 400

500

600

700

800

Рис. 1.2. Видимый участок спектра. Показаны цвета, которые люди с нормальным цветовым зрением идентифицируют как свет с определенной длиной волны, а также комплементарные (цвета, полученные «вычитанием» отдельных длин волн) цвета, наблюдающиеся в тех случаях, когда свет определенного цвета, или диапазона длин волн, «вычитается» из спектра белого света.

получить ощущение определенного цвета при смешивании света с разными длинами волн, например желтый цвет может быть получен при смешивании красного и зеленого света.

Вместе с тем ощущение цвета можно получить путем вычитания из совокупности лучей, составляющих белый свет, довольно узкой полосы (в диапазоне длин волн 20—30 нм). В этом случае виден цвет, комплементарный цвету отсутствующей полосы длин волн. Таким образом, если белый свет пропустить через фильтр или вещество, которое поглощает, например, синий свет, т. е. свет в диапазоне длин волн 480+30 нм, то выходящий луч будет иметь цвет, комплементарный синему, т. е. желтый. Комплементарные, или «вычитаемые», цвета, наблюдающиеся после исключения света определенной длины волны из белого света, также перечислены на рис. 1.2.

1.2.2. Восприятие света и различение цветов

Приведенные выше рассуждения о свете и цвете часто используют при объяснении нашей способности «видеть цвет». Хотя различение и описание цветов в значительной степени субъективны, в их основе должен лежать фундаментальный физиологический механизм, который не только позволял бы обпаруживать электромагнитное излучение в диапазоне длин волн 380—750 нм, но был бы также ответственным за различные ощущения, возникающие в ответ на излучение определенной длины волны внутри этого диапазона. Насколько нам известно, растения и микроорганизмы зрения не имеют, но и они способны использовать энергию света определенных длин волн, например для фотосинтеза (гл. 10), и способны двигаться или расти по направлению к источнику света либо от него (гл. 11). Однако лишь в животном царстве механизмы восприятия света и различения цветов развились в точный и чувствительный аппарат зрения, который мы знаем и которым пользуемся.

1*2.3.. Глаз и цветовое зрение

У животных органом восприятия света и различения цветов служит глаз. У человека и многих животных в сетчатке глаза имеются специфические клетки: палочки и колбочки, которые содержат фоторецепторы, или зрительные пигменты. Палочки в сетчатке млекопитающих ответственны за восприятие света низкой интенсивности. Они содержат пигменты, скотопси-ны, которые чувствительны к свету очень низкой интенсивности. Максимум чувствительности человеческого скотопсина, родопсина, расположен приблизительно при 520 нм; вместе с тем глаз воспринимает свет в достаточно широком диапазоне длин волн, близких к этому значению. Поглощение света соответствующих длин волн зрительным пигментом приводит к генерированию электрического и нервного импульса. Свет разных длин волн вызывает в скотопсине одну и ту же реакцию. Вместе с тем колбочки содержат ряд зрительных пигментов, фо-топсинов, которые чувствительны к свету определенной длины волны. У человека имеются три таких пигмента, чувствительные к синему, зеленому и красному свету. Эти три фоторецептора охватывают почти весь диапазон видимого спектра и обеспечивают механизм различения цветов, достаточно чувствительный для ощущения очень тонких различий в окраске, ее оттенках и нюансах. Данная трихроматическая система и входящие в нее пигменты более подробно описаны в гл. 9. В современном цветном телевидении также используется трихроматическая система, в которой любой цвет или оттенок получают путем сложения красного, зеленого и синего цвета.

1.3. Цвет у живых организмов

В то время как на все живые организмы или ткани падает белый свет, например солнечный, отражается от них и попадает на глаз наблюдателя только часть видимого диапазона, т. е. эти организмы и ткани выглядят окрашенными. Окраска может быть обусловлена физической природой поверхности ткани (структурная окраска) или же присутствием особых химических соединений (пигментов, или биохромов), которые специфически поглощают видимый свет некоторых длин волн.

1.3.1. Структурная окраска

В животном царстве есть много примеров, когда наблюдаемая окраска является результатом таких оптических феноменов, как рассеяние, интерференция или дифракция света содержащимися в тканях микроскопическими структурами. Такую окраску называют структурной. Структурная окраска — весьма обширная и важная тема исследований, но подробное описание разных видов структурной окраски и оптических явлений, которые их вызывают, выходит за рамки этой книги. Поэтому ниже мы охарактеризуем эти явления лишь вкратце.

1.3.2. Светорассеяние; синева Тиндаля

Очень маленькие частицы, диаметр которых меньше длины волны красного или желтого света, могут отражать или рассеивать коротковолновые компоненты белого света сильнее, чем длинноволновые. Наиболее простой пример этого явления — голубизна неба. Мельчайшие частички пыли или других образований в атмосфере рассеивают падающий белый свет таким образом, что свет, отражающийся по направлению к поверхности Земли, содержит больше коротковолновых (синих и фиолетовых), чем длинноволновых (красных и желтых), лучей, и поэтому мы видим небо голубым. Этот процесс часто называют рассеянием Рэлея или Тиндаля, а образующийся цвет известен как синева Тиндаля.

В бо

страница 2
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67

Скачать книгу "Биохимия природных пигментов" (3.06Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(25.04.2017)