Hromofors — molekulas krāsu cēlonis un loma bioloģijā
Uzzini, kā hromofors nosaka molekulas krāsu, gaismas absorbciju un bioloģisko lomu — pigmenti, hromatofori un to nozīme dzīvnieku krāsās un fotoreakcijās.
Hromofors ir molekulas daļa, kas nosaka tās krāsu.
Krāsa rodas, kad molekula absorbē noteiktu redzamās gaismas viļņu garumu. Tā izstaro vai atstaro tikai citus viļņu garumus, kas rada krāsu, kuru mēs redzam.
Bioloģiskajās molekulās, kas uztver vai uztver gaismas enerģiju, hromofors ir molekulas daļa, kas reaģē, kad uz to iedarbojas gaisma.
Hromatofori veido krāsu hromatoforos, kas ir pigmentu saturošas un gaismu atstarojošas šūnas, kuras sastopamas daudzos dzīvniekos.
Kā hromofors rada krāsu
Hromofors parasti sastāv no konjugētu dubultsaikņu sistēmas (pi-elektronu delokalizācija). Kad uz hromoforu iedarbojas gaisma, elektrons pāriet uz augstāku enerģijas līmeni (elektronu ekscitācija). Ja absorbētā gaisma atbilst noteiktam viļņa garumam, to absorbē un neredzamā daļa tiek noņemta no baltās gaismas spektra; pārējie viļņu garumi tiek atstaroti vai izstaroti, un tie nosaka redzamo krāsu.
Galvenie ķīmiskie aspekti
- Konjugācija: lielāks konjugēto dubultsaikņu skaits parasti pārvieto absorbciju uz garākiem viļņu garumiem (sarkanāka krāsa).
- Auxohromi: grupas kā −OH, −NH2 var mainīt absorbcijas maksimumu (šķietami nobīdīt krāsu) un palielināt intensitāti.
- Elektronu pārejas: biežāk sastopamas pi→pi* un n→pi* pārejas, kas nosaka absorbcijas īpašības.
- Vides ietekme: pH, polaritāte un saistīšanās ar proteīniem var mainīt hromofora spektrālās īpašības (piem., zāļu krāsas mainās atkarībā no vidē esošā pH).
Bioloģiski nozīmīgi hromofori — piemēri
- Hlorofils — porfirīna veida molekula ar magniju centrā; absorbē zilo un sarkano gaismu, būtiska fotosintēzei.
- Karetonoīdi — konjugētu polienu ķēdes (dzelteni, oranži sarkani pigmenti) augu un dzīvnieku audos; aizsargā pret oksidatīvu stresu.
- Hēms (heme) — porfirīns ar dzelzi centrā; dod asinskrāsai tumši sarkanu toņu.
- Retinals — rhodopsīna hromofors redzēšanā; izmaina konformāciju pēc gaismas absorbcijas un sāk signāla pārvadi acu tīklā.
- GFP un citi fluorescējoši proteīni — proteīnā veidojas hromofors, kas absorbē un izstaro gaismu; plaši izmantots bioloģiskajā pētniecībā kā marķieris.
- Melanīns — tumši pigmenti, kas absorbē plašu spektru un nodrošina aizsardzību pret UV starojumu.
Hromatofori — pigmentu nesošās šūnas
Dzīvniekos krāsu bieži nodrošina speciālas šūnas — hromatoforos. Tās var saturēt pigmentus (pigmentu saturošas) vai atstarot gaismu ar strukturālu — piemēram, guanīna plāksnīšu — palīdzību. Hromatoforu veidi ietver:
- melanoforus (tumšs pigments melanin),
- ksantoforus (dzelteni pigmenti),
- eritroforus (sarkani pigmenti),
- iridoforus (spoguļošana/strukturāla atstarošana, radot spīdumu vai metāliskas toņas).
Dzīvnieki, kā zivis, rāpuļi vai gliemji, izmanto hromatoforus krāsošanas, kamuflāžas un signālu nodošanas nolūkos; koraļļi un gliemji var mainīt krāsu, pārvietojot pigmentus šūnās.
Funkcijas un nozīme bioloģijā
- Fotosintēze: hlorofila hromofors absorbē gaismu un pārveido to ķīmiskā enerģijā.
- Redze: retiem jutīgie hromofori (retinals) sāk vizuālo signālu ķēdi.
- Aizsardzība: pigmenti kā melanīns absorbē kaitīgo UV starojumu.
- Komunikācija un kamuflāža: dzīvnieku krāsojums tiek izmantots pārošanās signāliem, aizsardzībai un sociālai mijiedarbībai.
- Biotehnoloģija: fluorescējoši hromofori (GFP u. c.) ir instrumenti šūnu marķēšanai un dzīvo organisma procesu novērošanai.
Kā pēta hromoforus
- Spektrofotometrija: mēra absorbētās gaismas spektru, nosakot absorbcijas maksimumu un profilu.
- Fluorescences spektroskopija: ja hromofors fluorescē, var noteikt emisijas maksimumu un kvantu ražību.
- Kromatogrāfija un spektrometrija: HPLC, masas spektrometrija un NMR palīdz identificēt hromoforu struktūru un saistītās grupas.
Kopsavilkums: hromofors ir specifiska molekulas daļa, kas absorbē noteiktu gaismas viļņu garumu un tādējādi nosaka molekulas krāsu. Bioloģijā hromofori ir būtiski fotosintēzei, redzei, aizsardzībai un komunikācijai, un to īpašības ir atkarīgas no ķīmiskās struktūras, vidi ietekmējošiem faktoriem un mijiedarbībām ar citām molekulām.
Beta-karotīna ķīmiskā struktūra. Vienpadsmit konjugētās dubultsaites, kas veido molekulas hromoforu, ir izceltas sarkanā krāsā.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir hromofors?
A: Hromofors ir molekulas daļa, kas piešķir tai krāsu.
J: Kā molekula iegūst krāsu?
A: Molekulas krāsa rodas, kad tā absorbē noteiktu redzamās gaismas viļņu garumu.
J: Kas notiek ar citiem gaismas viļņu garumiem, kurus molekula neuzsūc?
A: Citu viļņu garumu gaisma, ko molekula neuzsūc, tiek vai nu pārraidīta, vai arī atstarota, un tas rada krāsu, ko mēs redzam.
J: Kāda ir hromofora loma bioloģiskajās molekulās?
A: Bioloģiskajās molekulās, kas uztver vai uztver gaismas enerģiju, hromofors ir molekulas daļa, kas reaģē, kad uz to iedarbojas gaisma.
J: Ko satur hromatofori?
A: Hromatofori ir pigmentu saturošas un gaismu atstarojošas šūnas, kas sastopamas daudzos dzīvniekos.
J: Kāda ir hromatoforu funkcija hromatoforos?
A: Hromofori ir atbildīgi par hromatoforu krāsu.
J: Vai dzīvniekus var atpazīt pēc hromatoforiem?
A: Jā, dzīvniekus var atpazīt pēc hromatoforiem, jo tie katrai sugai ir unikāli.
Meklēt