Каротиноиды

Каротиноиды — жирорастворимые пигменты желтого, оранжевого и красного цветов. Они входят в состав хлоропластов и хромопластов незеленых частей растений (цветков, плодов, корнеплодов). В зеленых листьях их окраска маскируется хлорофиллом. С его более ранним разрушением осенью или при неблагориятных условиях связано пожелтение листьев.

Каротиноиды являются тетратерпеноидами (8 остатков изопрена, С₄₀). Каротиноиды могут быть ациклическими (алифатическими), моно- и бициклическими. Циклы на концах молекул каротиноидов — производные ионона. Каротины представляют собой углеводороды с формулой С₄₀Н₅₆. В хлоропластах высших растений содержатся α и β-каротины. β-каротин (рис. 11) имеет два β -иононовых кольца (двойная связь между С₅ и С₆). При гидролизе β -каротина по центральной двой­ной связи образуются две молекулы витамина А (ретинола), α -ка­ротин отличается от β -каротина тем, что у него одно кольцо β-иононовое, а второе ε-иононовое (двойная связь между С₄ и С₅).

Ксантофиллы являются кислородсодержащими производными каротина. Ксантофилл лютеин — производное α-каротина, а зеаксантин — β-каротина. Они имеют по одной гидроксильной группе в каждом иононовом кольце — (С₄₀Н₅₆О₂). Дополнитель­ное включение в молекулу зеаксантина двух атомов кислорода по двойным связям С₅—С₆ (эпоксидные группы) приводит к обра­зованию виолаксантина (С₄₀Н₅₆О₄), при включении эпоксидных групп в лютеин образуется неоксантин. Синтез каротиноидов не требу­ет света. Спектры поглощения каротиноидов характеризуются двумя полосами в фиолетово-синей и синей частях спектра от 400 до 500 нм и определяются системой конъюгированных свя­зей. При увеличении числа таких связей максимумы поглощения смещаются в длинноволновую область спектра. Подобно хлорофиллам, каротиноиды нековалентно связаны с белками и липо­идами мембран и тилакоидов.

Каротиноиды являются обязательными компонентами пигментных систем. Они выпол­няют роль дополнительных пигментов, которые передают энер­гию поглощенных квантов хлорофиллу а для совершения фото­химической работы. Особенно возрастает их значение как светоулавливающих систем в сине-фиолетовой и синей частях спектра в затененных местах, т. е. когда преобладает рассеянная радиа­ция.

Рис. 11. Структурные формулы каротиноидов и последовательность их превра­щений

Имеются доказательства, что каротиноиды выполняют защит­ную функцию, предохраняя хлорофилл от фотоокисления. Еще в 1913 г. Д.И. Ивановский установил, что в пробирках, выстав­ленных на прямой солнечный свет, степень разрушения хлоро­филла зависела от концентрации каротиноидов в растворе.

У дефектных по каротиноидам мутантов кукурузы и подсол­нечника, а также при экспериментально нарушенном образова­нии каротиноидов наблюдается быстрое фотоокисление хлоро­филла.

Высказывается также предположение о прямом участии каро­тиноидов в расщеплении воды и кислородном обмене при фото­синтезе. Особое значение придается виолаксантиновому циклу:

При освещении в зеленых листьях происходит превращение диэпоксидксантофилла виолаксантина в безэпоксидный ксанто­филл зеаксантин. В независимой от света реакции благодаря включению кислорода происходит обратное превращение зеак­сантина в виолаксантин. Возможно, этот цикл служит для удале­ния излишков кислорода, образующихся при фотолизе воды.

В верхушках побегов растений каротиноиды обеспечивают оп­ределение направления света и их ориентацию к световому пото­ку за счет фототропизма.