нтной связи, всех связей сопряженной системы меньше двух и при этом больше одного). Протяженная система сопряжения, делокализация электронов, в свою очередь, способствуют тому, что молекула способна поглощать свет в видимой области.
«Химическим потомком» β-каротина можно считать ретиналь и его восстановленную форму – витамин А (ну, или если хочется – можно считать ретиналь продуктом окисления витамина А ака ретинола); и ретинол и ретиналь также представляют собой молекулы, способные к светопоглощению. Ретиналь образуется в результате окислительного расщепления центральной двойной связи β-каротина, протекающего с участием фермента-диоксигеназы (окислителем в этом процессе является кислород или кислородсодержащие частицы, фермент же как биологический катализатор, отвечает лишь за ускорение процесса и как хороший катализатор – за его селективность, то есть избирательность).
В результате такого окисления молекула β-каротина расщепляется на две молекулы ретиналя; каждая молекула ретиналя содержит циклогексеновый фрагмент, углеродную цепь из 9 атомов углерода, образующих укороченную вдвое, но всё ещё сопряженную систему кратных связей и альдегидную группу. Высокая химическая активность альдегидной группы обуславливает то, что альдегидная группа связывается с отвечающими за зрение белками – родопсином и йодопсином. При поглощении кванта света одна из связей ретиналя изомеризуется из транс– в цис-форму, и в итоге последующих процессов происходит возбуждение зрительного нерва и сигнал об изображении поступает в наш мозг.
Поскольку потребление с пищей β-каротина способствует тому, что в организме увеличивается содержание витамина А и, следовательно, ретиналя, появился миф о том, что поедание большого количества моркови приведет к улучшению зрения и даже позволит приобрести такую способность, как ночное зрение. Если бы это не было мифом, исправить зрение или научиться видеть в ночи можно было бы, питаясь печенью, содержание витамина А в которой гораздо выше, чем мы можем получить из аналогичного количества моркови.
Фактически, если у вас нет авитаминоза по витамину А, большое количество β-каротина в пище ничего не сделает с вашим зрением, единственно, что оно может сделать – окрасить вашу кожу в оранжевый цвет. Кстати, это тоже проходилось на личном примере. Моя бабушка (кстати, врач), увидев, когда мне было четыре года, что я кошу на один глаз, небезуспешно попыталась впихнуть меня столько моркови, что коленки у меня действительно порыжели (с тех пор довольно прохладно отношусь к моркови, и если в рецепте есть выбор – добавлять её в готовку или нет, то стараюсь готовить без неё).
На самом деле миф о морковке, дающей ночное зрение, появился благодаря кампании правительства Великобритании во Вторую мировую войну. Во-первых, пропагандистская информация о том, что пилоты Королевских ВВС могли эффективно действовать против люфтваффе, в том числе и в ночных вылетах, позволяла несколько маскировать более важную причину их успеха в «Битве за Англию» – сеть радарных станций, позволявших заранее обнаружить немецкие самолеты и точно отправлять истребители на перехват. Во-вторых, та же британская пропаганда убеждала гражданское население самостоятельно выращивать и потреблять в пищу морковь – она оказалась хорошей добавкой к рациону англичан во время войны, когда импорт овощей резко сократился.
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.
2.4. Хлорофилл
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.
Летом зелёные листья обеспечивают протекание процесса фотосинтеза, хлорофилл способствует преобразованию солнечного света в химическую энергию. Ранней осенью происходит реадсорбция наиболее важных для лиственных деревьев питательных элементов – азотсодержащих и неорганических соединений из листьев в ветви и ствол, что происходит к разрыву связи между хлорофиллом и белками, обычно способствующими его работе. Однако в свободной, не связанной с белками форме хлорофилл фототоксичен, и воздействие солнечного света на свободный хлорофилл может существенно повредить дереву. Чтобы это не произошло, дерево подвергается «детоксикации», связанной с разрушением хлорофилла.