Хлорофиллы и ксантофиллы листьев древесных растений

Великий специалист по физиологии растений и исследователь процесса фотосинтеза Климент Аркадьевич Тимирязев сказал: «Зерно хлорофилла – исходная точка всего того, что мы понимаем под словом «жизнь». Так в чем же состоит неповторимость этого вещества? Благодаря наличию этого пигмента в листьях растений осуществляется жизненно важный процесс – фотосинтез – превращение энергии света в органические вещества. Кроме того, хлорофилл обладает необыкновенным свойством: он придает растениям зеленый цвет, а по своей структуре напоминает молекулы гемоглобина, за что его называют «зеленой кровью» растений (рис. 1) [5]:

Рисунок 1 – Структурная формула гемоглобина и хлорофилла [2]

В 2017 г. исполнилось ровно 200 лет со дня открытия хлорофилла французскими химиками Пьером Жозефом Пеллетье и Жозефом Бьенеме Каванту, которые в 1817 году выделили это вещество из листьев растений путем заливания их спиртом, и дали ему название «хлорофилл» (от греч. chloros – зеленый и phyllon – лист) [6].

Вторым этапом в истории развития хлорофилла стали разработки в 1900-х годах русского ученого М.С. Цвета и немецкого биохимика Рихарда Вильштеттера , которым удалось выделить пигмент «хлорофилл» в чистом виде с помощью хроматографического метода: пропускали готовую вытяжку из листа через стеклянную трубку, заполненную сахарозой или мелом, в результате чего компоненты вытяжки распределялись по разным зонам трубки в связи с их разной скоростью движения.

Обнаружилось, что в листьях растений содержится хлорофилл нескольких типов: а и b, которые отличаются друг от друга по оттенку цвета: хлорофилл а обычно синезеленый, а хлорофилл b желто-зеленый [7,8].

Химическая структура хлорофилла а была установлена лишь в 1940 году немецким химиком-органиком, лауреатом Нобелевской премии по химии в 1930 году Ханс Фишером, который также указал сходство структуры хлорофилла с химической структурой гемоглобина. Им были сделаны первые шаги получения хлорофилла синтетическим путем, а окончательный синтез хлорофилла из глицина и ацетата был реализован только в 1960 году американским ученым Робертом Вудвордом. Полную стереохимическую структуру хлорофилла установил в 1967 году Ян Флеминг – английский химик.

В результате долгого периода развития хлорофилла были выделены некоторые его виды:

• 1.    Хлорофилл а – имеет желто-зеленую окраску и существует у всех

• 2.    Хлорофилл b – окрашен в сине-зеленый цвет и имеется у зеленых

• 3.    Хлорофилл с – зеленого цвета, встречается в бурых и одноклеточных

• 4.    Хлорофилл d – в красных водорослях

• 5.     Бактериохлорофиллы – у бактерий [9].

растений

водорослей и высших растений

водорослях

Хлорофилл, являясь комплексным соединением из четырех пиррольных циклов, связанных с магнием, нерастворим в воде, но растворяется в органических растворителях – эфирах, спиртах. Этот пигмент обладает свойством реагировать с щелочами, в результате чего образуется соль хлорофиллина.

.СООСзоНз,                zCOONa

MgN4OH3oC32/ + 2NaOH— MgNaOH^Cr + C20H39OH+CH3OH XCOOCH3               ^COONa

А с кислотами – до появления бурой окраски вследствие замещения атома магния на водород.

C31H3„ON,Mg('^r^  +2HC1 ^ C,2H32ON,CX^,^  +*%O2

Древесные растения выполняют важную экологическую роль. Они не только образую кислород в процессе фотосинтеза, но и выполняют другие биологически значимые функции [1-3].

Цель исследования: выделить и разделить пигменты древесных растений.

В качестве объекта исследования были выбраны зеленые листья ивы вавилонской (Salix babylonica), ясень обыкновенный (Fraxinus excelsior), а также сосна сибирская (Pinus sylvestris) (рис. 2).

Исследования проводились согласно методике, изложенной А.П. Кудряшовым. Спиртовая вытяжка использовалась для получения и разделения пигментов древесных растений по методу Крауса [4].

Рисунок 2 – Объекты исследований

В полученных образцах верхний зеленый слой (бензиновый) содержит оба зеленых пигмента и каротин, которые лучше растворяются в органическом растворителе, чем в разбавленном водой спирте. Нижний желтый слой (водноспиртовой) содержит ксантофиллы (рис. 3).

а

Рисунок 3 – Исследуемые образцы

б

На рис 3а в качестве исследуемого образца пигменты листьев ивы – хлорофилл вида а, имеет желто-зеленый цвет, хлорофилла b самое большое количество из всех образцов, ксантофиллы - оранжевого цвета.

Образец 3б – вечнозеленое древесное растение сосна. Хлорофилл сосны представлен преимущественно видом а, хлорофилл вида b в незначительном количестве, окрашен в сине-зеленый цвет, Концентрация ксантофиллов высокая, окраска интенсивно красного цвета.

Образец 3в клен, концентрация зеленых пигментов незначительная, ксантофилла имеют самое низкое содержание из всех рассмотренных образцов, что может быть объяснено фенологическими изменениями в структуре листа.

Таким образом, пигментов древесных растений представлены не только различными видами хлорофиллов, но и ксантофиллами. Количество пигментов неодинаково и зависит не только от биологического вида, но и от фенологических изменений.