Жизнь замечательных веществ - Аркадий Курамшин

Интенсивный и устойчивый цвет β-каротина приводит к тому, что он используется в пищевой промышленности (код Е-160а) в качестве красителя, который может придать молочным продуктам различные оттенки – от светло-жёлтого до ярко-оранжевого, а также витаминной добавки (витамин А).

Препараты каротина на жировой основе могут быть использованы для подкрашивания и витаминизации молочных консервов, сгущенного молока, сливок, сыра, творога, жидких и пастообразных молочных продуктов. Часто β-каротином «облагораживают» внешний вид маргарина, чтобы сделать его более похожим на сливочное масло – сливочное масло содержит небольшое количество каротеноидов, которые попадают в коровье молоко из основного питательного рациона травоядных.

И хотя морковь и её крестник – оранжевый β-каротин – не дадут нам способность видеть в темноте, оранжевый корнеплод и оранжевый препарат Е-160а пусть и не играют важную роль в нашем здоровье и зрении, но делают наш мир ярче и насыщеннее.

Без преувеличения можно сказать, что мы всем обязаны когда-то давно появившейся способности зелёных растений синтезировать органику, используя солнечный свет. Этот процесс обеспечивает наше существование как непосредственно, так и косвенно – питая всё то живое, что позволяет нам существовать.

Подножие каждой пищевой пирамиды, существующей в самых различных климатических условиях, – тундра и саванна, коралловый риф и дно океана, держат на своих плечах скромные труженики биосферы – фотосинтетические организмы-продуценты, которым помогает производить первичную биомассу такая замечательная молекула, как хлорофилл.

Несмотря на то, что мы знаем про процесс фотосинтеза практически всё, что про него можно знать, он все равно кажется волшебством – превращение энергии фотонов в энергию химическую, превращение солнечного света в пищу. Древние, поклонявшиеся Солнцу, как богу, дающему жизнь всему на Земле, должны были бы внести в свой пантеон и ещё одного маленького (не по значению, а по размерам) бога-хлорофилла – все могущество Солнца без этой молекулы было бы потрачено впустую, и только благодаря хлорофиллу всё существующее многообразие форм жизни появилось практически из ничего – воздуха, воды и света.

Фотосинтез – уникальный физико-хими– ческий процесс, осуществляемый на Земле всеми зелёными растениями и некоторыми бактериями и обеспечивающий преобразование электромагнитной энергии солнечных лучей в энергию химических связей различных органических соединений. Основа фотосинтеза – последовательная цепь окислительно-восстановительных реакций с образованием углеводов и выделением кислорода (строго говоря – для самих-то растений выделение кислорода представляет собой процесс побочный или факультативный – главное, ради чего растение занимается фотосинтезом – синтез углеводов, которые затем участвуют в других обменных процессах).

Фотосинтез играет ведущую роль в биосферных процессах, приводя в глобальных масштабах к образованию органического вещества из неорганического. Гетеротрофные организмы – животные, грибы, большинство бактерий, а также бесхлорофилльные растения и водоросли – обязаны своим существованием автотрофным организмам – растениям-фотосинтетикам, создающим на Земле органическое вещество и восполняющим убыль кислорода в атмосфере.

Разработанное природой средство, позволяющее конвертировать световую энергию в химическую, представляет собой порфириновый цикл с длинными боковыми цепями. В центре порфиринового цикла, гемовой структурной единицы, практически не отличающейся от уже упоминавшегося замечательного вещества с гемом – гемоглобина, находится ион магния. Строение порфирина, а точнее – чередование одинарных и двойных связей, обеспечивает поглощение электромагнитного излучения с определенной длиной волны, из-за чего как сами порфирины, так и их комплексы с металлами зачастую имеют характерную окраску.

Боковые цепи хлорофилла производят «тонкую настройку» длины поглощающейся волны света. Существует несколько типов хлорофилла, различающихся именно строением боковых цепей, причём у высших растений, как правило, в листе одновременно два типа хлорофилла (a и b) – присутствие сразу двух видов молекул хлорофилла способствует тому, что растения более эффективно поглощают энергию Солнца.

Другие фотосинтезирующие водоросли и фотосинтезирующие бактерии имеют иной набор пигментов. Например, бурые и диатомовые водоросли, криптомонады и динофлагелляты содержат хлорофиллы a и c, красные водоросли – хлорофиллы а и d. Следует отметить, что реальность существования хлорофилла d в красных водорослях оспаривается некоторыми исследователями, которые полагают, что он является продуктом деградации хлорофилла а. В настоящее время достоверно установлено, что хлорофилл d – основной пигмент некоторых фотосинтезирующих прокариотов. Среди прокариотов цианобактерии (сине-зелёные водоросли) содержат только хлорофилл a, прохлорофитные бактерии – хлорофиллы a, b или c.

Другие бактерии содержат аналоги хлорофилла – бактериохлорофиллы, которые локализованы в хлоросомах и хроматофорах. Известны бактериохлорофиллы а, b, c, d, e и g. Основу молекулы всех хлорофиллов составляет магниевый комплекс порфиринового макроцикла, к которому присоединен высокомолекулярный спирт, обладающий гидрофобными свойствами, который придает хлорофиллам способность встраиваться в липидный слой фотосинтетических мембран.

Тем не менее главная роль в улавливании и трансформации солнечной энергии в биосфере принадлежит хлорофиллам а и b. Если хлорофилл а имеет обычную зелёную окраску, оттенок хлорофилла b в большей степени уходит в желтизну. Хлорофиллы поглощают синюю и красную компоненты солнечного света, а привычная нам зелень летней листвы (или зимней хвои) – это те цвета, которые остаются после поглощения листьями красноты и синевы.

Весной и летом хлорофилл дает листве свою зелёную окраску, но каждую осень лиственные деревья и кустарники меняют цвет своей листвы, на несколько недель принося в скучную серую осень буйство всей палитры жёлтых и красных красок. До настоящего времени считалось, что цвета золотой осени обуславливаются наличием в листьях каротиноидов и флавоноидов. Основным объяснением появления жёлто-красной окраски листьев было следующее: флавоноиды и каротиноиды содержатся и в зелёных листьях, однако их окраска замаскирована зелёной окраской хлорофилла, который разрушается осенью, прекращая маскировать жёлтый и красный цвета. Однако это лишь часть химических процессов, протекающих в листьях осенью.