Хлорофилл, каротиноиды, антоциан

Выделение хлорофилла и каротиноидов и исследование их оптических свойств

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект − от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Метод» среди работ учащихся 10−11 классов

Актуальность работы

Нас повсюду окружают зелёные растения, которые обеспечивают жизнь на нашей планете. Основными компонентами в их листьях являются растительные пигменты. Работа посвящена исследованию их свойств.

Цель

Исследование оптических свойств хлорофилла и каротиноидов.

Задачи

− Выделить хлорофилл и каротиноиды из листьев растений.

− Обнаружить люминесценцию хлорофилла и каротиноидов в УФ-лучах.

− Измерить спектры поглощения хлорофилла и каротиноидов.

− Определить оптимальное время экстракции хлорофилла.

− Сравнить количество хлорофилла в различных растениях.

− Проанализировать результаты опытов.

Описание работы

В исследовании я решила изучить некоторые оптические свойства хлорофилла и каротиноидов. Хлорофилл можно извлечь из растений с помощью экстракции разными органическими растворителями.

Хлорофилл мы экстрагировали из листьев фиалки, герани, клёна, спиреи; салата, укропа, петрушки, лука, из огурца, чая чёрного «Greenfield», чая зелёного «Перекресток», чая зелёного «Curtis».

Для того чтобы извлечь хлорофилл и каротиноиды, нужно смять листья и поместить их в стеклянный стаканчик, залить его примерно на 1/3 объёма изопропиловым спиртом, поставить стаканчик на электрическую плитку, включить минимальный нагрев. Когда изопропанол начнёт кипеть, снять стаканчик с плиты и ждать 5 мин., пока пигменты экстрагируются из листьев. Должен получиться тёмно-зелёный раствор (хлорофилл) или яркие цветные растворы (каротиноиды).

Свежеприготовленный экстракт хлорофилла обладает интересным свойством.

Под действием УФ-лучей он проявляет ярко-красную люминесценцию. Разложившийся хлорофилл данным свойством не обладает. Так можно приблизительно определить количество хлорофилла и то, как давно он приготовлен.

С помощью спектрофотометра снимали спектры поглощения экстрактов хлорофиллов и каротиноидов. Спектры двухнедельного и только что приготовленного экстрактов различаются по интенсивности поглощения. Двухнедельный хлорофилл поглощает свет менее интенсивно, чем свежий. Наблюдалось два пика поглощения в области 680 нм и в области 440 нм.

Спектры поглощения красных пигментов почти одинаковые и частично отличаются от жёлтого. У жёлтого пигмента наблюдался только один пик поглощения в области 340 нм. У красных пигментов наблюдалось 2 пика. Первый, небольшой, в области 550 нм. Второй, большой, в области 340 нм.

Результаты

  1. Хлорофилл и каротиноиды лучше экстрагировать изопропанолом.
  2. Люминесцирует только свежеприготовленный хлорофилл. Разложившийся хлорофилл этого свойства не проявляет.
  3. Каротиноиды люминесцируют слабо.
  4. Со временем интенсивность поглощения света хлорофиллом убывает, вероятно, из-за его разложения.
  5. Спектры поглощения каротиноидов различаются не сильно. Они дополнительно помогают поглощать растениям свет в жёлто-зелёной и фиолетовой областях спектра.
  6. Из разных растений хлорофилл экстрагируется неодинаково. Лучше всего экстрагируется из зелёного чая, лука и герани.
  7. Чёрный чай содержит меньше хлорофилла, чем зелёный, вероятно, из-за ферментации. Также дешёвый зелёный чай содержит меньше хлорофилла, чем дорогой.

Оснащение и оборудование, использованное в работе

Стаканы химические (50 мл), электрическая плитка, круглодонные колбы, спектрофотометр.

Перспективы развития результатов работы

Разработка метода экстракции хлорофилла может быть использована для проведения практических работ в школе.

Особое мнение

«Я считаю, что работы должны оцениваться более объективно. Проекты, сделанные в лабораториях вузов, следует отделять от тех, которые сделаны дома или в школьной лаборатории.

Если вы говорите, что победителям и призёрам Курчатовского проекта при поступлении в вуз будут добавляться баллы, то, пожалуйста, сделайте это. Очень неприятная ситуация складывается»

Каротиноиды полезные свойства

Каротиноиды полезные свойства

Каротиноиды являются природными пигментами-антиоксидантами, которые присутствуют в растениях и тканях организмов.

В настоящее время известно около 700 видов каротиноидов.

К каротиноидам относятся:

-альфа –каротин — бета- каротин

— лютеин — β — зеаксантин

— криптоксантин — и другие

Каротиноиды окрашивают растения в зеленые, желтые, оранжевые, красные цвета, участвуют в фотосинтезе, защищают от бактерий и вирусов, и инфракрасного излучения солнца.

Каротиноиды и их производные входят в состав клеток мышечных тканей, кожных покровов живых организмов, хитина насекомых и ракообразных.

Яркая окраска рыб и оперения птиц обусловлена наличием в них различных видов каротиноидов.

Каротиноиды в организме человека не образуются и должны постоянно поступать с пищей.

Каротиноиды являются антиоксидантами и нейтрализуют свободные радикалы за счет наличия в молекулах большого количества ненасыщенных двойных связей (γ-каротин имеет 12 двойных связей).

Основная роль каротиноидов в живых организмах:

— повышают иммунитет, усиливая способность клеток-киллеров нейтрализовать бактерии и вирусы

— защищают мембраны клеток от разрушения

— предотвращают мутации в ДНК клетки

— тормозят развитие раковых клеток, защищают от рака

— улучшают состояние кожи

— обеспечивают синтез витамина А

— участвуют в клеточном дыхании

Читайте также:  Культуральные свойства бактерий методы изучения на плотной или жидкой среде

— защищают от ультрафиолетового излучения солнца

— укрепляют кровеносные сосуды

— защищают от дегенерации нейронов мозга

— замедляют старение организма

— защищают от атеросклероза, рака, катаракты глаз, диабета, болезней печени

Источники каротиноидов :

овощи, фрукты, ягоды, зелень, морские водоросли,

зерновые, яйца, рыба, шиповник, облепиха, рябина, лепестки цветков.

Концентрация каротиноидов в сыворотке крови человека составляет 80-200 мкг/дл

Часть поступающих в организм каротиноидов превращается в витамин А, при

активном участии витамина Е, гормонов и микроэлементов цинка , железа .

Суточная норма потребления каротиноидов составляет около 30 мг:

— альфа -каротин- 0,5 мг/сутки

— β (бета)- каротин – 6 мг/сутки

— γ (гамма)-каротин – 3 мг/сутки

— β-криптоксантин – 2 мг/сутки

— ликопин – 6 — 8 мг/сутки

— зеаксантин – 1 — 2 мг/сутки

β- каротин:

— является сильным антиоксидантом

— способность образовывать витамин А составляет 100% (принято условно для сравнения с другими каротиноидами)

Ликопин:

— обеспечивает красную окраску плодам растений

— антиоксидантная активность ликопина в 2 раза превосходит β-каротин

— предотвращает мутации ДНК клетки

— защищает от рака

Лютеин:

— является сильным антиоксидантом

— защищает сетчатку глаз от дегенерации

— защищает от диабета и атеросклероза

Зеаксантин

— является сильным антиоксидантом

— улучшает зрение, выполняет роль светового фильтра, защищает глаза от ультрафиолетовых лучей

— защищает от катаракты, атеросклероза, инсульта

β -криптоксантин

— является сильным антиоксидантом

— содержится в виде оранжево-желтого пигмента в зерновых и фруктах

— защищает от артритов, рака

Источники криптоксантина: тыква, батат, морковь, персик, облепиха, мандарин, желтый сладкий перец, ананас, папайя, кукуруза.

Каротиноиды в листьях

Каротиноиды и их значение в живой природе и для человека

Государственный научный центр лекарственных средств, г. Харьков

Интенсивные методы хозяйствования, получение продуктов длительного хранения, их глубокая переработка приводят к истощению содержания в них витаминов и провитаминов (в частности, каротиноидов). Это, вместе с воздействием неблагоприятных экологических факторов и катастроф, вызывает их недостаток в организме и, как следствие, рост целых групп заболеваний.

Учитывая неоценимую роль каротиноидов для протекания нормальных физиологических процессов, актуальной задачей современной фармацевтической науки является создание профилактических и лекарственных средств на их основе. Мировым лидером в этой области выступает швейцарская фирма «Hoffmann La-Roche», препараты и пищевые добавки которой можно найти и на отечественном рынке.

Физико-химические свойства каротиноидов

По химической природе каротиноиды относятся к огромному классу терпеноидов, включающих также эфирные масла, фитогормоны, стероиды, сердечные гликозиды, жирорастворимые витамины, млечный сок. Их углеводородная структура состоит из цепи двух или более изопренов (С5-углеводородов). Каротиноиды относятся к тетратерпенам; они состоят из длинных ветвящихся углеводородных цепей, содержащих несколько сопряженных двойных связей, заканчивающихся на одном (g-каротин) или обоих концах (b-каротин) кольцевой циклической структурой — иононовым кольцом.

Длинная цепь сопряженных двойных связей образует хромофор всех каротиноидов, что позволяет отнести их к природным пигментам. Человеческому глазу каротиноиды с 7–15 конъюгированными двойными связями видятся в цвете от желтого до красного. Их хромофорные p-электронные системы находятся также под влиянием других дополнительных двойных связей и различных функциональных групп (например, карбонильной, эпокси-группы и др.), которые также оказывают влияние на поглощение волн света определенных длин и, как следствие, на цвет молекул.

В зависимости от степени поглощения каротиноиды разделяются на 2 группы: каротины и ксантофилы. Все незамещенные каротиноиды — каротины. Они не содержат атомов кислорода, являются чистыми углеводородами и обычно имеют оранжевый цвет. Наиболее известный представитель этой группы — b-каротин. Каротиноиды, окрашенные в цвета от желтого до красного характеризуются наличием кислородсодержащих функциональных групп и называются ксантофилами. Продукты распада дифференцируются как апо-, секо- и норкаротиноиды.

Из-за многочисленных двойных связей, обычно циклического окончания молекул и наличия ассимметричных атомов углерода каротиноиды имеют разнообразные конфигурации и стереоизомеры с различными химическими и физическими свойствами. Большинство каротиноидов имеют цис- и трансгеометрические изомеры. Атом углерода с 4 различными заместителями обусловливает возможность оптических R- или S-изомеров. Эти различия между молекулами одной и той же формулы оказывают заметное влияние на физические свойства и на эффективность каротиноидов как пигментов.

К общим свойствам каротиноидов можно отнести их нерастворимость в воде и хорошую растворимость во многих органических растворителях (хлороформе, бензоле, гексане, петролейном эфире, четыреххлористом водороде и др.). Гидроксилсодержащие каротиноиды лучше растворяются в спиртах (метанол, этанол). Растворы каротиноидов в органических растворителях при спектрофотометрических исследованиях дают характеристические полосы поглощения в основном в видимой области спектра, а стереоизомеры показывают их также и в ультрафиолетовой области. Это один из наиболее точных показателей, используемых при идентификации этих веществ.

Характерной является также особенность каротиноидов избирательно абсорбироваться на минеральных и некоторых органических абсорбентах, что позволяет разделять их при помощи методов хроматографирования.

Для отдельных каротиноидов характерны некоторые специфические реакции, в том числе цветные.

Следует учитывать, что каротиноиды в чистом виде характеризуются высокой лабильностью — они весьма чувствительны к воздействию солнечного света, кислорода воздуха, нагреванию, воздействию кислот и щелочей. Под воздействием этих неблагоприятных факторов они подвергаются окислению и разрушению. В тоже время, входя в состав различных комплексов (например, протеиновых), они проявляют намного большую стабильность.

Распространение каротиноидов в природе

Впервые выделенные еще в начале 19 века из желтой репы и моркови, каротиноиды, как оказалось, присутствуют в клетках и тканях у представителей всех 7 царств живой природы: от низших бактерий до позвоночных животных, наравне с черно-коричневыми меланинами, они являются самыми распространенными пигментами в природе: за год их синтезируется около 100 млн тонн (более 3 тонн в секунду). При этом на сегодняшний день обнаружено свыше 600 различных каротиноидов и это количество не является предельным.

Распространение и разнообразие каротиноидов в природе обуславливается как способностью организмов к их биосинтезу, так и способностью их абсорбировать и метаболизировать. Каротиноидные композиции у различных групп и видов живых организмов не только отличаются по количественному содержанию, но и различны по качественному составу. Человек, являясь уникальным творением природы, способен аккумулировать в значительных количествах и в одинаковой степени как каротиноиды, так и ксантофилы.

Следует отметить, что в природе каротиноиды могут находиться в различных состояниях: в свободном виде они чаще встречаются в пластидах растений, мышечной ткани рыб, яйцах птиц, в виде эфиров жирных кислот — в хроматофорах и эпидермальных структурах растений, в форме каротин-протеинов — в эпидермальных тканях животных и т. д.

Животные (в том числе и человек) не могут синтезировать каротиноиды de novo, их поступление зависит только от источников питания. Усвоение каротиноидов, как и других липидов, происходит в дуоденальной области тонкого кишечника. Под влиянием желудочно-кишечной среды (например кислотности желудочного сока), наличия специфических рецепторов протеинов каротиноиды могут разрушаться окислителями или энзимами или метаболизировать, как например b-каротин в витамин А в слизистой. Провитаминные свойства b-каротина и его окислительное преобразование в витамин А являются общими для всех животных. Согласно принятой гипотезе b-каротин превращается в витамин А в слизистой кишечника под воздействием фермента каротиндиоксигеназы. Молекула b-каротина, которая теоретически должна образовывать 2 молекулы витамина А, уменьшается с одного конца цепи в результате последовательного окисления до ретиналя (С20-соединения) и образует одну молекулу витамина А. Другие каротиноиды также могут проявлять А-провитаминную активность.

Усвоение каротиноидов

Установлено, что содержащиеся в продуктах питания каротиноиды далеко не полностью усваиваются организмом. Находясь внутри неповрежденных клеток растительных продуктов, каротиноды ресорбируются в кровь обычно в очень малой степени. Значительно лучше происходит усвоение из мелко измельченных и предварительно обработанных продуктов, в которых клеточные мембраны разрушены.

Кроме того, важным фактором для усвоения каротиноидов организмом является наличие жировой среды. Еще в 1941 году было установлено, что количество каротина, усвояемого организмом из сырой моркови при диете, лишенной жиров, не превышает 1%. При тех же условиях из вареной моркови усваивается 19% каротина. После добавления растительного масла усвоение каротина увеличивается до 25%.

Значение и функции каротиноидов

Наблюдая широкое распространение каротиноидов в растительном и животном мире, их большое разнообразие, тот факт, что на протяжении всей эволюции растения производят, а животные и человек поглощают каротиноиды, содержащиеся в продуктах их ежедневного рациона, модифицируют и аккумулируют их специфическим образом, неизбежно возникает вопрос об их функциональном назначении. Хотя многие аспекты физиологических функций каротиноидов остаются невыясненными до конца, можно с уверенностью утверждать, что они играют важную роль в различных физиологических процессах, без которых жизнь в существующей форме была бы невозможна.

Для растений фундаментальное значение имеет функция каротиноидов, связанная с процессом фотосинтеза, который стал основой всей жизни на земле, когда геохимические источники энергии на нашей планете были исчерпаны (после глобального энергетического кризиса, произошедшего на нашей планете около 5 миллиардов лет назад). Растения абсорбируют энергию солнечного света и благодаря этому синтезируют из углекислого газа и воды органические вещества, которые и являются основой как животной, так и человеческой пищевой цепи. В процессе фотосинтеза производится кислород, образующий кислородную атмосферу, в которой большинство органических молекул могли быстро разрушаться, если бы не были защищены от подобных побочных эффектов этого процесса (также, как и от других неблагоприятных факторов). В предотвращении негативных проявлений этих процессов (например, индуцирование энергии и защита органических молекул от разрушения окислением) ключевая роль принадлежит каротиноидам.

Как светопоглотители каротиноиды разделяют с хлорофиллом ключевую роль в энергетическом метаболизме высших растений. Поглощая свет, они трансформируют захваченную световую энергию в реакционные центры пигментов, где она преобразуется в электрическую, а затем и в химическую в форме АТФ, которая уже пригодна для синтеза различных соединений.

Не менее важна мембраностабилизирующая функция каротиноидов, что исключительно важно для жизни в кислородной атмосфере.

Каротиноиды вовлекаются в различные защитные механизмы:

благодаря наличию сопряженных двойных связей, могут связывать синглетный кислород и ингибируют образование свободных радикалов, предупреждая их негативное действие на организм;
обеспечивают защиту от ультрафиолетового излучения, так как могут трансформировать энергию УФ-света в видимый свет, что проявляется в явлении флуоресценции (например свечение пыльцы некоторых цветковых растений, спор грибов и водорослей и т. д.).
выступают в роли антиоксидантов, защищая чувствительные ткани и лабильные соединения от окисления.

Одна из важнейших функций каротиноидов — А-провитаминная активность. Животные и человек не способны синтезировать витамин А, который является незаменимым для зрения, роста, репродукции, защиты от различных бактериальных и грибковых заболеваний, нормального функционирования кожи и слизистых. Витамин А не образуется и в растительных тканях, и может быть получен только путем преобразования провитамин-А активных каротиноидов (прежде всего b-каротина, а также a-каротина, криптоксантина, 3,4-дигидро-b-каротина, астаксантина, кантаксантина и др.).

Представляет интерес влияние каротиноидов на эндокринную систему, особенно это касается полового развития и созревания, оплодотворения, прохождения репродуктивных процессов.

Еще одна важная функция — способность образовывать комплексы с протеинами. Известно, что маленькие молекулы (так называемые аллостерические эффекторы) изменяют агрегационное состояние протеинов, тем самым стабилизируя их протеиновую и энзимовую активность. Эта способность также обуславливает изменения проницаемости мембран.

Каротиноиды могут косвенно поддерживать водный баланс организма, способствуют работе обонятельных рецепторов и хеморецепторов.

Считается, что каротиноиды (ксантофилы) используются как запас кислорода в нейрональной дыхательной цепочке и важны поэтому в кислородных клетках и тканях.

Учитывая существующую взаимосвязь между высокой каротиноидной и кальциевой концентрацией, в особенности в компонентах митохондрий с каротиноидсодержащими мембранами, можно заключить, что эти липохромы играют большую роль в транспорте кальция через мембраны.

Установлена иммуностимулирующая роль каротиноидов. Например, обнаружено: рыбы с высоким содержанием каротиноидов были значительно более устойчивы к инфекционным и грибковым заболеваниям; цыплята — устойчивы к энцефалопатии и т. д. Каротиноиды увеличивают цитостатическую активность клеток-киллеров, замедляют рост опухоли и ускоряют ранозаживление.

Они также проявляют аппетитстимулирующую активность (и физиологически, и этиологически).

Весьма важной, проявляющейся внешне, функцией каротиноидов является их способность обеспечивать яркую окраску организмов, которая может выполнять сигнальную функцию, нести информацию:

цветооповещающие реакции могут действовать как приманка, предупреждение или защита, могут являть выражением настроения;
могут являться выражением настроения;
могут служить сигналом для определенного комплексного внутривидового поведения.

Перечень основных установленных функций каротиноидов представлен нами в таблице.

Запас кислорода в нейрональной дыхательной цепочке

Способствуют транспорту кальция через мембраны

Отмечено, что продукты разложения каротиноидов также обладают специфическими физиологическими функциями: например, участвуют в синтезе фитогормонов.

Природные источники каротиноидов и их использование

Природные источники каротинодов очень многообразны: травы и зеленые листья, пыльца цветковых растений, лепестки цветов, водоросли, корни, зерна и плоды растений, а также различные микроорганизмы, некоторые виды рыб. Многие из них могут быть использованы, а некоторые уже довольно широко используются, для получения различных пищевых добавок и препаратов с А-витаминной активностью или другими направленностями действия. В странах с тропическим климатом источником получения каротиноидсодержащих продуктов служат красное пальмовое масло и клубни батата. Довольно богаты каротиноидами плоды цитрусовых, абрикосы, хурма.

Из источников, присущих средним широтам, в том числе и климатическим зонам Украины, можно выделить плоды моркови, тыквы, томатов, сладкого перца, облепихи, шиповника, рябины. При этом ряд каротиноидсодержащих препаратов на основе природного растительного сырья выпускается отечественной фармацевтической промышленностью.

Значительный интерес для создания профилактических и лекарственных средств на основе природного сырья, богатого каротиноидами, представляют плоды шиповника (в частности вида Rosa canina). Отечественной фармацевтической промышленностью выпускается масло шиповника (содержит не менее 60 мг% каротиноидов). Однако его источником служат семена, а богатая каротиноидами мякоть плодов используется только для получения сиропа, содержащего комплекс гидрофильных веществ и богатого аскорбиновой кислотой. Липофильные же вещества, к которым относятся и каротиноиды, остаются в неиспользованном отходе. В связи с этим представляется целесообразным комплексный подход к переработке этого сырья.

Ценным каротиноидсодержащим препаратом является масло из плодов облепихи (их содержание составляет не менее 180 мг%). Однако, как и масло из семян шиповника, оно легко подвергается окислению при контакте с кислородом воздуха, а разлитое во флаконы не всегда удобно для дозирования.

Плоды рябины, и прежде всего рябины черноплодной (Aronia melanocarpa), как богатый каротиноидами природный сырьевой источник, используются незначительно.

Определенные сложности в разработке лекарственных форм с каротиноидами вызывает их лабильность — под воздействие неблагоприятных внешних факторов (кислород воздуха, солнечный свет, перепады температур, химические раегенты) они легко окисляются и разрушаются. Создание каротиноидсодержащих препаратов в такой современной лекарственной форме, как желатиновые капсулы, позволяет свести к минимуму эту проблему. Данная лекарственная форма удобна и с учетом той особенности каротиноидов, что они относятся к липофильным соединениям, т. е. растворимы в маслах, проявляя в масляных растворах наибольшую фармакотерапевтическую активность.

Ссылка на основную публикацию
Хирург — прием и консультация врача-хирурга в Нижнем Новгороде в клинике Тонус, запись к хирургу
Хирург в клиниках «МедЛаб» в СПб Наши специалисты хирурги Ищук Денис Викторович МедЛаб - Рыбацкое (ул. Караваевская, 26) Курпилянский Александр...
ХГЧ (Хорионический гонадотропин человека, бета-ХГЧ)
ХГЧ (хорионический гонадотропин) Хорионический гонадотропин человека (ХГЧ) синтезируется частью плаценты после подготовки ее к внедрению оплодотворенного яйца. Анализ крови на...
ХГЧ (хорионический гонадотропин) в медицинском центре «Мать и Дитя»
ХГЧ (хорионический гонадотропин) Хорионический гонадотропин человека (ХГЧ) синтезируется частью плаценты после подготовки ее к внедрению оплодотворенного яйца. Анализ крови на...
Хирургические инструменты названия и фото в хирургии, зажим Микулича, зажим Бильрота, пинцет, скальп
Стоматологические инструменты Современный стоматологический инструментарий — залог высокого качества оказываемых услуг, безопасности пациентов и удобства работы врачей. С его помощью...
Adblock detector