Биологический каталог




Биохимия природных пигментов

Автор Г.Бриттон

т или нет. Если же благодаря упорядоченной ориентации хромофоров в природной структуре имеет место асимметрия, то поглощение будет зависеть от плоскости поляризации луча света. Существуют две взаимно перпендикулярные плоскости поляризации, характеризующиеся соответственно максимальным и минимальным поглощением, для которых можно получить ди-хроичное отношение. Этот феномен лежит в основе линейного дихроизма. Исследования с помощью линейного дихроизма оказались очень полезными при изучении ориентации пигментных хромофоров в упорядоченных биологических структурах, особенно в фотосинтетических пигмент-белковых комплексах.

1.5.6. Круговой дихроизм

Родственный линейному дихроизму круговой дихроизм (КД) позволяет не только определять асимметрию, уже существующую в молекуле пигмента, но и обнаруживать асимметрию, индуцированную в хромофоре, например при связывании пигмента с белком. Если совместить два плоскополяризованных луча с плоскостями поляризации под прямым углом Друг к другу, имеющих одну и ту же длину волны и амплитуду, но различающихся по фазе на я/2 (или на Зя/2, для того чтобы вызвать вращение в обратном направлении), то образующийся в результате световой луч приобретет круговую поляризацию с направлением вращения плоскости поляризации вправо или влево. Асимметричный, или оптически активный, пигмент поглощает право- или левополяризованный свет неодинаково. Эффект кругового дихроизма изменяется с изменением длины волны, так что может быть получен спектр КД. Круговой дихроизм наблюдается лишь в тех. областях спектра, в которых имеются полосы поглощения. В некотором роде сходную информацию об оптической активности молекул пигментов дает метод дисперсии оптического вращения (ДОВ), который позволяет измерить изменения вращения плоскости поляризации света при изменении длины его волны. Эти методы особенно полезны в органической химии при определении относительной и абсолютной конфигурации хиральных молекул.

Круговой дихроизм, однако, используют не только при определении оптической активности хиральных молекул. Его успешно применяют при выявлении асимметрии, индуцируемой & результате включения обычно симметричной или нехиралыюй молекулы в организованную структуру, например при асимметричном связывании с белком. Индуцированная асимметрия может приводить к различному поглощению право- и левовраща-ющего поляризованного света, т. е. в результате КД можно наблюдать в области главных полос поглощения хромофора. При этом удается выявлять различные формы пигмента in situ и получать сведения об искажениях конформации молекулы хромофора, вызванных связыванием с другими молекулами или обусловленных структурной организацией.

1.6. Значение окраски в природе

Многие природные пигменты принимают участие в важных метаболических или физиологических процессах. Особенно детально изучено функционирование хлорофилла и других пигментов в фотосинтезе и роль гемоглобина как переносчика кислорода. Во многих случаях, однако, единственной известной функцией пигмента является то, что он придает окраску организму или той его части, которая содержит данный пигмент.

В растительном царстве ярко окрашенные цветки и плоды,, контрастно выделяющиеся на общем фоне зеленой окраски листвы, привлекают внимание насекомых и других животных. Благодаря этому растения извлекают для себя пользу при опылении и распространении семян, В животном же царстве окраска, обусловленная пигментами или структурными особенностями, может играть как сигнальную роль, так и маскировочную.

Более подробно значение окраски в природе мы обсудим в гл. 8.

1.7. Заключение и комментарии

Любые попытки объяснить то многообразие способов, •с помощью которых живые организмы реагируют на свет или ^используют его, требуют понимания механизмов взаимодействия между светом и молекулами. Молекулы, обладающие особым свойством поглощать свет в видимой части спектра, является природными пигментами. Без пигментов и без упомянутых выше взаимодействий та жизнь, какой мы ее знаем, была бы невозможна. Цвет в природе играет большую роль. Эта глава «мела своей целью дать очень краткое описание физических основ цвета, а также физических и химических способов, с помощью которых может достигаться и обнаруживаться окраска в природе.

Можно сравнительно просто определить, какую природу — химическую (т. е. обусловленную пигментом) или физическую (обусловленную структурой) — имеет данный цветовой эффект. Идентификация и характеристика пигмента обычно является стандартной задачей в органической химии. В последующих главах первой части этой книги приведены основные химические свойства наиболее крупных групп природных пигментов. Гораздо более сложной является проблема взаимодействия молекул пигмента с их ближайшим микроокружением, напри-ме с белками в мембранах. Применение сложных современных •физико-химических методов, таких, как резонансная раманов--ская спектроскопия, линейный и круговой дихроизм и ядерный магнитный резонанс, позволяет решить эту проблему, а также получить информацию о молекулярных изменениях, которые претерпевают некоторые пигменты при их функционировании. Вторая часть этой книги представляет собой обзор функций природных пигментов как в роли окрашивающих агентов, так ш в роли участников гораздо более сложных процессов, таких, как фотосинтез, зрение и другие фотореакции, которые могут протекать за время порядка пикосекунд.

Если об окраске, обусловленной пигментами, известно очень много, то примеры детального изучения окраски, обусловленной структурой, немногочисленны. Вместе с тем систематическое исследование микроскопических структур, участвующих в образовании структурной окраски, должно быть очень увлекательно и информативно.

1.8. Рекомендуемая литература

Большинство читателей книг по биохимии, подобных этой, были бы удовлетворены общим описанием светопоглоща-ющих свойств молекул, которое можно найти в учебниках по

органической химии и в монографиях по фотобиологии, например в двухтомнике Клейтона (Clayton, 1971). Не исключено,, однако, что найдутся и такие, которые захотят более глубока понять физические процессы и теоретические концепции, позволяющие более строго определять и интерпретировать эти све-топоглощающие свойства. Им следует познакомиться с теоретической работой Маррелла (Murrell, 1963).

Есть много книг и обзоров, которые посвящены широкому кругу проблем химии, биохимии и биологии природных пигментов в целом и отдельных групп пигментов. В эту книгу включен материал лишь из небольшого их числа, прежде всего наиболее всеобъемлющие работы последних лет, в которых в свою очередь приведены ссылки на более старые издания. Если мы обратимся к некоторым старым работам, читающимся с огромным интересом, то мы как бы вновь пройдем тот путь, по которому шло развитие исследований природных пигментов. Многие из первых работ по растительным пигментам были выполнены химиками, однако работы по окраске животных явились продолжением описательных работ классических натуралистов. Две статьи Мак-Мунна (MacMunn, 1883 и 1890) и книга Нью-бигина (Newbigin, 1898) содержат обширные обзоры ранних работ по природной окраске у животных. Рост количества знаний о химии пигментов животных позволил Дэнису Фоксу (Denis Fox, 1953) написать исчерпывающую монографию, посвященную окраске животных. Эта книга недавно (в 1976 г.) была переработана; к ней были добавлены приложения, и она стала очень полезным источником информации по распространению' пигментов у животных. В третьей книге этого же автора, рассчитанной на неспециалистов (Fox, 1979), читатель найдет увлекательное описание окраски в природе. Очень популярная книга Фокса и Веверса (Fox, Vevers, I960) также дает интересное, широкое описание предмета. Очень много информации о физиологических аспектах «зоохромов» можно почерпнуть из-основательного труда Нидхама (Needham, 1974). Более ограниченной по охвату, но несомненно содержащей полезный материал является монография Вюйома (Vuillaume, 1969) о пигментах у беспозвоночных животных.

Особенно полезным источником информации о пигментах растений служит двухтомник под редакцией Гудвина (Goodwin,. 1976), где содержится подробное описание химии, распространения, биосинтеза и функций главных классов растительных пигментов, а также имеются чрезвычайно ценные главы об экспериментальных методах, используемых для их изучения. Второе издание книги под редакцией Цзигана (Czygan, 1980) также в общем посвящено пигментам растений. Другие книги к статьи, посвященные более специальным аспектам, напримеркаждой отдельной группе пигментов, будут отмечены в последующих главах.

Окраска, обусловленная структурой, изучена не столь хорошо, как окраска, обусловленная пигментами. В книгах Фокса (Fox, 1976) и Фокса и Веверса (Fox, Vevers, 1960) в общих чертах даны главные характеристики структурной окраски и ^описаны физические явления, которые ее вызывают. Монография Симона (Simon, 1971) также содержит введение в эту проблему; ей же посвящены несколько подробных статей, вышедших в последнее время, например статья Хаксли (Huxley, 1975). Однако для правильного понимания физических явлений, которые при этом затрагиваются, читателю следует воспользоваться учебником по физике или по оптике.

В настоящее время спектроскопические методы представляют собой существенную часть обучения химиков-органиков; этим методам посвящен ряд учебников. К примеру, учебник Банвелла (Banwell, 1972) включает разделы по электронному поглощению и рамановской спектроскопии. Библиотечка по органической химии должна включать и другие полезные книги. Для более детального ознакомления с методом кругового дихроизма следует обратиться к монографии Снацке (Snatzke, 1967), а с методом резонансной рамановской спектроскопии биологических молекул — к обзорам Варшела (Warshel, 1977) и Кэри (Carey, 1978). Юнге (Junge, 1976) дает превосходное описание кинетической флеш-спектроскопии, главным образом в применении к фотосинтезу. Подробное описание спектроскопических свойств различных групп пигментов можно найти в работах, цитируемых в последующ

страница 6
< 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
(17.10.2017)