Image

Anthocyanin-skygge, det er som en farve på russisk?

Anthocyaniner bestemmer ofte farven på blomsterblade, frugter og efterårsblade. De giver normalt lilla, blå, brun, rød, orange farve. Denne farve afhænger ofte af celleindholdets pH og kan derfor ændre sig med modning af frugt, blomstring af blomster - processer ledsaget af forsuring af celleindholdet.

Mange anthocyaniner er ret opløselige, for eksempel når druesaft ekstraheres fra frugtens skræl, bliver de til røde vine (se farven på burgunder).

Anthocyanin-skygge - blå, azurblå

Anthocyaninpigmenter kan ændre deres farve afhængigt af miljøets surhed.

Ved lave pH-værdier (1-3) har anthocyaniner en rig rød farve, der skifter til blå og yderligere til violet, når pH stiger.

Kosttilskud E163: farvestof for sundheden

Det er svært at tro, at der er sundhedsmæssige fordele blandt farvestofferne med den skræmmende "E" -kode.

Men det er det virkelig. Fodertilskuddet med det internationale nummer 163 har ikke kun en gavnlig virkning på kroppen, men er også i stand til at beskytte en person mod en række sygdomme..

Årsagen ligger i den unikke sammensætning af E 163-farvestoffet.

Stoffets navn

Tilsætningsstoffet har følgende navne:

  • E 163 (kode i det internationale kodifikationssystem)
  • E-163 (i dokumenterne fra Den Russiske Føderations sanitære og epidemiologiske overvågning);
  • Anthocyaniner;
  • enoc farvestof;
  • Anthocyaniner: ekstrakt af druehud;
  • Druehudekstrakt: solbærekstrakt.

Stoftype

Fødevaretilsætningsstof E 163 tilhører gruppen af ​​naturlige farvestoffer-anthocyaniner. Røde, lilla, blå pigmenter opløses i plantes cellesaft.

Det er anthocyaniner, der bestemmer farven på blomster eller frugter af planter..

Dye E 163 er et ekstrakt fra plantepresser. Det er fremstillet af råmaterialer rig på anthocyaniner:

  • blåbær;
  • druer af røde og sorte sorter;
  • solbær;
  • rødkål;
  • sort hyldebær;
  • kirsebær;
  • brombær;
  • hindbær.

Forsuret (sulfateret) vand, ethanol, methanol eller kuldioxid anvendes som ekstraktionsmiddel..

Ejendomme

IndeksStandardværdier
Farverød-violet
Sammensætningekstrakt fra presserester
Udseendeflydende ekstrakt, pulver, pasta
Lugtlysspecifik lugt med frugtagtig og bærnote
Opløselighedgodt opløseligt i vand
Andel af farvestoffer100%
Viskositetlet tyktflydende stof i flydende form
Andreufølsom over for lys, høj termisk stabilitet

Emballage

Fødevaretilsætningsstof E 163 er pakket i en plastikbeholder, tæt lukket med et låg. Yderligere tætningspakninger beskytter produktet mod fugtindtrængning.

Flydende enoc-farvestofekstrakt hældes i en uigennemsigtig glasbeholder.

Pakken skal angive farvestoffets navn i overensstemmelse med internationale krav, opbevaringsforhold og holdbarhed.

Ansøgning

Frugt, oste, konfekture, is - dette er en ufuldstændig liste over produkter, som enoc-farvestoffet er involveret i..

Fødevaretilsætningsstoffet bruges ikke til at gøre gærede mejeriprodukter røde..

Når det kombineres med et surt miljø, får E163 en blå farve. Dette skyldes anthocyanins evne til at ændre farve afhængigt af pH-niveauet..

Farmaceutiske virksomheder har brugt farvestoffet til produktion af medicin, vitaminer og kosttilskud. Ved fremstilling af solcreme blev anthocyanins egenskab brugt til at modstå de skadelige virkninger af ultraviolet stråling..

Den kosmetiske industri bruger fødevaretilsætningsstoffet E 163 som en af ​​bestanddelene i anti-aging kosmetik. Anthocyaniner tone huden, er naturlige kollagener.

Anthocyanins evne til at absorbere lys er blevet brugt af solcelleproducenter. Tilsætningsstoffet bruges til at farve en organisk strømkilde.

Fødevarefarvning E 163 godkendt i alle lande.

Fordel og skade

Skader kan skyldes individuel intolerance.

Ernæringseksperter anbefaler at spise anthocyaniner dagligt i en mængde på 2,5 mg pr. 1 kg kropsvægt. Stoffet absorberes fuldstændigt af kroppen.

Fordelene ved E163 er direkte relateret til anthocyanins naturlige egenskaber for at have en gavnlig effekt på hele kroppen. Brug af eno farvestof hjælper:

  • reducere risikoen for ondartede svulster
  • reducere betændelse
  • øge kroppens beskyttende funktion
  • reducere risikoen for at udvikle grøn stær;
  • øge blodkarens elasticitet
  • normalisere blodtrykket.

Paprika ekstrakt supplement er helt naturligt og sikkert. Læs denne artikel, hvordan den produceres, og hvor den bruges.

Har du brug for en kødprocessor? Vores artikel beskriver de mest populære og pålidelige mærker.

Producenter

Det russiske marked for naturlige fødevarefarver holdes fast af fire virksomheder:

  • EcoColor "(Moskva),
  • Bioline,
  • Miljøressource,
  • GIORD (alle fra Skt. Petersborg).

Verdensleder er den danske bedrift Chr. Hansen. Videnskabelige centre i Danmark, Tyskland, Frankrig, USA arbejder for virksomheden. Produktionslaboratorier er åbne i 20 lande. Mottoet for virksomheden "Forbedring af mad - styrkelse af sundhed".

Det franske firma Naturex og American FutureCeuticals konkurrerer.

Det er ikke svært at få et eno-farvestof derhjemme.

Anthocyaniner

Anthocyaniner er en gruppe af vandopløselige pigmenter, der farver frugt og grøntsager i lyse farver (lilla, rød, gul, blå).

Naturlige farvestoffer er koncentreret i planternes generative organer (pollen, blomster), vegetative dele (blade, rødder, skud), frugt, frø. Deres mængde i produktet afhænger af energien ved fotosyntese og klimaets egenskaber..

For at opretholde helbredet skal en voksen tage 15 milligram af disse stoffer om dagen og i en sygdomsperiode - 30 milligram.

Behovet for naturlige pigmenter stiger med:

  • genetisk disposition for ondartede svulster;
  • bor i regioner med en lang sommer
  • regelmæssig kontakt med ioniserende stråling eller højfrekvente strømme.

På grund af pigmenters høje biologiske aktivitet anbefales det dog kun at øge den daglige dosis af stoffet under tilsyn af en læge..

  • Generel information
  • Hvilke fødevarer indeholder anthocyaniner?
  • Gunstige funktioner
  • Medicinsk anvendelse
  • Anthocyaninpræparater
  • Konklusion

Anthocyaniner akkumuleres ikke i kroppen, de udskilles hurtigt, så du skal overvåge mængden og regelmæssigheden af ​​deres indtag. Med hensyn til biologiske virkninger ligner de vitamin P: de har en decongestant, bakteriedræbende virkning, styrker væggene i kapillærerne, gendanner udstrømningen af ​​intraokulær væske, forbedrer strukturen af ​​bindevæv (fibre og celler).

Generel information

De første eksperimenter med studiet af anthocyaniner blev udført af den engelske biokemiker Robert Boyle i 1664. Forskeren opdagede, at under indflydelse af alkali skiftede den blå farve af kornblomstblade til grøn, og under indflydelse af syre blev blomsten rød. Yderligere undersøgelse af pigmenters egenskaber (evnen til at ændre farvetone) førte til et "gennembrud" inden for biokemi, da det hjalp forskere fra det XVII århundrede med at identificere kemiske reagenser.

Et uvurderligt bidrag til undersøgelsen af ​​anthocyaninforbindelser blev leveret af professor Richard Willstatter, der for første gang isolerede pigmenter i ren form fra planter. Til dato har biokemikere ekstraheret mere end 70 naturlige farvestoffer, hvis hovedforløbere er følgende aglykoner: cyanidin, pelargonidin, delphinidin, malvidin, peonidin, petunidin. Interessant er, at glycosider af den første type farve planter i lilla-rød farve, den anden i rød-orange tone, den tredje i en blå eller blå nuance..

Den kvantitative sammensætning af anthocyaniner i produktet afhænger af plantens vækstbetingelser og sortsegenskaber (pH-værdier i vakuum, hvor pigment akkumuleres). På samme tid kan det samme pigment på grund af en ændring i surhedsgraden i cellevæsken få en anden skygge. Når farvestoffer akkumuleres i et alkalisk miljø, "får" planten en gulgrøn farve i en neutral - lilla, i en sur - rød.

Hvilke fødevarer indeholder anthocyaniner?

Naturlige farvestoffer findes i planter og beskytter dem mod skadelig stråling, fremskynder processen med fotosyntese og omdanner lys til energi.

Ledere i antallet af sådanne glykosider er bær af mørk lilla og burgunderfarve: blåbær, brombær, blåbær, chokeberries, irga, hyldebær, tranebær, solbær, kirsebær, hindbær, druer (mørke sorter). Auberginer, rødbeder, tomater, rødkål, rød peber, salat (rødbladet) er rige på anthocyaniner. Derudover findes glykosider i små mængder i "lette" planter: kartofler, ærter, pærer, bananer, æbler.

Interessant nok bidrager lave temperaturer og intens belysning til ophobning af naturligt "farvestof" i frugter. Derfor er det ikke tilfældigt, at de maksimale koncentrationer af anthocyaniner er indeholdt i nordlige og alpine engplanter..

Gunstige funktioner

Anthocyaniner har et bredt spektrum af biologisk aktivitet.

I menneskekroppen udviser forbindelser følgende egenskaber:

  • antioxidant;
  • krampeløsende
  • adaptogenic;
  • antiinflammatorisk;
  • stimulerende;
  • diuretika;
  • bakteriedræbende;
  • antiallergisk
  • stimulerende;
  • koleretisk;
  • afføringsmiddel;
  • hæmostatisk;
  • beroligende midler;
  • antiviral;
  • østrogenlignende;
  • dekongestanter.

I betragtning af at anthocyaniner ikke syntetiseres i kroppen, er det vigtigt at indtage mindst 15 mg af forbindelsen om dagen for at forhindre funktionelle lidelser. Til dette er madrationen beriget med "farvet" mad.

Funktioner udført af anthocyaniner:

  • aktivere stofskifte på mobilniveau
  • reducere kapillærpermeabilitet
  • øge blodkarets elasticitet (ved at hæmme aktiviteten af ​​hyaluronidase);
  • styrke nethinden
  • normalisere intraokulært tryk
  • forstærke kollagensyntese;
  • stabilisere phospholipider fra cellemembraner;
  • forhindre vedhæftning af kolesterolplader til væggene i blodkarrene
  • forbedre nattesynet (ved at regenerere rhodopsin)
  • beskytte hjertemusklen mod iskæmi (forhindre produktionen af ​​proteiner, der aktiverer apoptose af kardiomyocytter);
  • lavere blodtryk (slappe af blodkarrene)
  • forhindre udvikling af grå stær (ved at undertrykke aldose - reduktaseaktivitet i linsen);
  • forbedre tilstanden af ​​bindevæv
  • undertrykke væksten af ​​ondartede svulster (stimulere apoptose af kræftceller);
  • øge antioxidantforsvaret af kroppen
  • forhindre beskadigelse af DNA-strukturen
  • reducere den negative indvirkning af radioemissioner og kræftfremkaldende stoffer på kroppen
  • fremme et hurtigt opsving fra luftvejssygdomme.

Medicinsk anvendelse

Indikationer for brugen af ​​naturlige pigmenter i øgede mængder (op til 500 mg om dagen):

  • koronar insufficiens;
  • aterosklerose;
  • kroniske inflammatoriske processer
  • forebyggelse af kardiovaskulære patologier;
  • trichomoniasis;
  • giardiasis;
  • herpes;
  • forringelse af synet
  • tandkødsbetændelse
  • influenza, halsbetændelse
  • alopecia areata;
  • vitiligo;
  • ondartede svulster
  • diabetisk retinopati;
  • forebyggelse af osteoporose;
  • hævelse
  • allergiske reaktioner
  • glaukom
  • neuroser;
  • fedme
  • degenerative sygdomme;
  • forhøjet blodtryk;
  • patologi af blodkar
  • nedsat øjetræthed
  • natblindhed
  • diabetes (for at forbedre blodcirkulationen).

Interessant nok er oligomere proanthocyanider (procyanidiner) 50 gange stærkere end vitamin E i antioxidantegenskaber og 20 gange bedre end ascorbinsyre.

Anthocyaninpræparater

Manglen på glykosider i menneskekroppen forårsager nervøs udmattelse, depression, tab af styrke og nedsat immunitet. For at opretholde sundhed og forbedre trivsel anbefaler ernæringseksperter at inkludere anthocyaniner i den daglige diæt. Forbindelserne beskytter indre organer mod de skadelige virkninger af miljøet, reducerer psykologisk stress og har en positiv effekt på kroppen som helhed. Vær ikke bange for at få en overdosis af glykosider, i medicinsk praksis er der ingen tegn på et overskud af forbindelsen.

De mange nyttige egenskaber ved anthocyaniner bestemmer deres anvendelse i farmakologiske præparater og biologisk aktive komplekser (kosttilskud).

Lad os overveje nogle af dem:

  1. "Anthocyan forte" (V - MIN +, Rusland). Præparatet indeholder glykosider af blåbær og solbær, proanthocyanider af røde druefrø, zink, vitamin C, B2 og PP.
  2. Blåbærkoncentrat (DHC, Japan). Hovedkomponenterne i tillægget: blåbærekstrakt, calendula (lutein), carotenoider, thiamin (B1), riboflavin (B2), pyridoxin (B6), cyanocobalamin (B12).
  3. UtraFix (Santegra, USA). Supplement, der indeholder anthocyaniner af hibiscusblomster.
  4. Zen Thonic (CaliVita, USA). Antioxidantkomplekset inkluderer: koncentrater af mangosteen, røde druer, tyttebær, jordbær, hindbær, kirsebær, æbler, tranebær, pærer.
  5. Glazorol (Art - life, Rusland). Dette er et præparat baseret på chokeberry og calendula anthocyaniner, carotenoider, aminosyrer og vitamin C, B3, B5, B2, B9, B12.
  6. Xantho PLUS (CaliVita, USA). Hovedkomponenterne i kosttilskuddet er mangosteen (tropisk frugt), ekstrakter af grøn te, druefrø, granatæble, blåbær, blåbær.
  7. "Living Cell VII" (Siberian Health, Rusland). Komplekset består af to lægemidler: Antoftam og Karovizin (til indtagelse morgen og aften). Den første indeholder blåbærantocyaniner og spiruliner, og den anden indeholder organiske carotenoider, zeaxanthin, lutein, hybenpigmenter.

Præparater, der indeholder anthocyaniner, er kontraindiceret hos mennesker med overfølsomhed over for disse komponenter. Derudover anvendes de med forsigtighed under graviditet og amning, kun under opsyn af den behandlende læge..

  • Hvorfor du ikke selv kan gå på diæt
  • 21 tip til, hvordan man ikke køber et forældet produkt
  • Sådan holder du grøntsager og frugter friske: enkle tricks
  • Sådan slår du dit sukkerbehov: 7 uventede fødevarer
  • Forskere siger, at ungdommen kan forlænges

Konklusion

Anthocyaniner er en gruppe naturlige pigmenter, der farver frugt og grøntsager i livlige farver.

Forbindelserne har en gavnlig virkning på den menneskelige krop, da de udviser antioxidante, bakteriedræbende, antiinflammatoriske, adaptogene og antispasmodiske egenskaber. Naturlige pigmentkilder: blåbær, hyldebær, solbær, brombær, blåbær, chokeberry.

Naturlige farvestoffer anvendes i kompleks terapi af diabetes mellitus, sæsonbetingede infektioner (influenza, ARVI), onkologi, degenerative lidelser, oftalmiske patologier (retinal dystrofi, nærsynethed, diabetisk retinopati, grå stær, glaukom). Derudover anvendes anthocyaniner i fødevareindustrien (til fremstilling af konfekture, yoghurt, drikkevarer), kosmetologi (som kollagen) og den elektriske industri (til farvning af solpaneler).

Anthocyaniner

Anthocyaniner er pigmentstoffer fra gruppen af ​​glykosider. De findes i planter, der forårsager røde, lilla og blå farver af frugter og blade..

Anthocyaninindhold i fødevarer

Anthocyaniner findes i små mængder i forskellige fødevarer (ærter, pærer, kartofler), men de fleste af dem er i huden på bær og frugter med en mørk lilla farve. Brombær er førende inden for indholdet af dette pigment blandt alle bær. Men bærplanter som blåbær, irga, hyldebær, tranebær, blåbær indeholder også en masse anthocyaniner..

Indholdet af anthocyaniner er højere i sure og mørke kirsebær end i søde og røde. Der er mange anthocyaniner i druerne og i den rødvin, der fås fra den. Hvidvin er fremstillet af druer uden hud, så den er mindre rig på disse pigmenter. Anthocyaninindholdet bestemmer druenes farve.

Forskning har vist, at bananer, selvom de ikke er mørke lilla i farve, også er en rig kilde til anthocyaniner..

Fysiske og kemiske egenskaber af anthocyaniner

Den forskellige farve af anthocyaniner afhænger af den ion, hvormed komplekset af det organiske farvestof dannes. Så en purpur-rød farve opnås, hvis komplekset indeholder en kaliumion, den blå farve er givet af magnesium og calcium.

Anthocyanins egenskaber til at vise deres farve afhænger også af miljøets surhed: jo lavere det er, jo mere rødt viser det sig. For at skelne mellem typer anthocyaniner i et laboratorium skal du bruge papirkromatografi eller IR-spektroskopi.

Mængden af ​​anthocyaniner i et bestemt produkt afhænger af klimaets egenskaber og energien ved plantens fotosyntese. For eksempel i druer påvirkes dannelsen af ​​disse stoffer af varigheden og intensiteten af ​​belysningen af ​​dets løv. Forskellige druesorter indeholder et andet sæt anthocyaniner, hvilket skyldes mark- og plantesorten.

Den høje temperatur påvirker farven på rød druevin og intensiverer den. Derudover bidrager varmebehandling til den langsigtede konservering af anthocyaniner i vin.

Nyttige egenskaber ved anthocyaniner

Anthocyaniner kan ikke dannes i den menneskelige krop, derfor skal de indtages med mad. En sund person har brug for mindst 200 mg af disse stoffer om dagen, og i tilfælde af sygdom mindst 300 mg. De er ikke i stand til at akkumulere i kroppen, derfor fjernes de hurtigt fra den..

Anthocyaniner har en bakteriedræbende virkning - de kan ødelægge forskellige typer skadelige bakterier. For første gang blev denne effekt brugt til fremstilling af rød druevin, som ikke forværredes under langtidsopbevaring. Nu bruges anthocyaniner i den komplekse kamp mod forkølelse, de hjælper immunsystemet med at klare infektioner.

Med hensyn til biologiske virkninger svarer anthocyaniner til vitamin P. F.eks. Vides det om egenskaberne ved anthocyaniner til at styrke væggene i kapillærerne og have en decongestant virkning..

De gavnlige egenskaber af anthocyaniner anvendes i medicin til produktion af forskellige biologiske kosttilskud, især til brug i oftalmologi. Forskere har fundet ud af, at anthocyaniner akkumuleres godt i retinalvæv. De styrker dets blodkar, reducerer kapillær skrøbelighed, som det f.eks. Er tilfældet ved diabetisk retinopati.

Anthocyaniner forbedrer strukturen af ​​fibre og celler i bindevæv, gendanner udstrømningen af ​​intraokulær væske og tryk i øjeæblet, som bruges til behandling af glaukom.

Anthocyaniner er kraftige antioxidanter - de binder frie iltradikaler og forhindrer beskadigelse af cellemembraner. Dette har også en positiv effekt på sundheden for synsorganet. Folk, der regelmæssigt spiser mad rig på anthocyaniner, har skarpt syn. Også deres øjne tåler høj stress og klare let træthed..

Anthocyaniner

I planteverdenen omkring os er pigmenter kaldet anthocyaniner udbredt. De opløses i plantes cellesaft. Anthocyaniner er nemme at udvinde fra blå, lyserøde eller røde planter.

For eksempel indeholder røde kålblade, alle slags bær og nogle urter anthocyaninkrystaller. I dette tilfælde afhænger farven på krystaller af det miljø, hvor de er placeret.

For eksempel giver et surt miljø anthocyaniner en dyb rød farve. Alkali farver krystaller af anthocyaniner blå. Nå, i et neutralt miljø har de en lilla farve..

Efter at være kommet til en købmand er det ikke svært for dig at bestemme syrebasebalancen mellem købte grøntsager og urter.!

Anthocyaninrige fødevarer:

Generelle egenskaber ved anthocyaniner

Anthocyaniner er plantepigmenter, der tilhører glycosidgruppen. Deres krystaller er ikke forbundet med protoplaster (som i klorofyl), men er i stand til at bevæge sig frit i den intracellulære væske.

Anthocyaniner bestemmer ofte farven på blomsterblade, frugter og efterårsblade. Deres farve varierer afhængigt af celleindholdets pH og kan ændre sig under modning af frugten eller som et resultat af efterårets bladfald.

I industrien ekstraheres anthocyaniner hovedsageligt fra rødkål eller drueskind. På denne måde opnås røde og lilla farvestoffer, som derefter tilsættes til drinks, is, yoghurt, slik og andre konfektureprodukter..

På etiketter er tilstedeværelsen af ​​plantepigmenter normalt angivet som E-163. Tilstedeværelsen af ​​disse komponenter i færdige fødevarer og vitaminer er ikke kun skadelig, men også gavnlig for kroppen, dette er angivet i den komplette referencebog over kosttilskud.

Dagligt behov for anthocyaniner

Ernæringseksperter anbefaler at bruge anthocyaniner i en mængde på 10-15 mg pr. Dag.

I dette tilfælde skal du ikke gå til ekstremer. At spise en lille mængde grøntsager og frugter, der indeholder anthocyaniner, kan føre til et fald i kroppens forsvar mod kræftceller, overdreven indtagelse kan føre til allergiske reaktioner i kroppen.

Behovet for anthocyaniner øges:

  • i et område med mange solskinsdage;
  • i tilfælde af en genetisk disposition for onkologiske sygdomme
  • under arbejde forbundet med højfrekvente strømme såvel som med ioniserende stråling;
  • mennesker, der aktivt bruger mobiltjenester.

Behovet for anthocyaniner aftager:

  • med individuel intolerance over for produkter, der indeholder anthocyaniner;
  • med forskellige allergiske reaktioner, der opstår efter indtagelse af sådanne produkter.

Fordøjelighed af anthocyaniner

Anthocyaniner er meget opløselige i vand, menes det, at de absorberes af vores krop i hundrede procent!

Nyttige egenskaber af anthocyaniner og deres virkning på kroppen

Anthocyaniner er kraftige antioxidanter, der beskytter vores kroppe mod frie radikaler. De har en unik evne til at modstå ultraviolet lys og reducere risikoen for kræft.

Takket være anthocyaniner bremses aldringsprocesser, og nogle neurologiske sygdomme behandles. Anthocyaniner bruges til at forebygge og i kombinationsbehandling til behandling af bakterielle infektioner. Plantepigmenter kan også hjælpe med at forhindre diabetes eller reducere dens virkninger.

Interaktion med væsentlige elementer

Anthocyaniner interagerer godt med vand og alle forbindelser, der er i stand til at opløse glykosider (plantestoffer, der består af en kulhydrat- og ikke-kulhydratkomponent).

Tegn på mangel på anthocyaniner i kroppen:

  • depression;
  • nedbrydning
  • nervøs udmattelse
  • nedsat immunitet.

Tegn på overskydende anthocyaniner i kroppen

Ingen sådanne er fundet i øjeblikket!

Faktorer, der påvirker indholdet af anthocyaniner i kroppen

En vigtig faktor, der regulerer tilstedeværelsen af ​​anthocyaniner i vores krop, er det regelmæssige forbrug af fødevarer rig på disse forbindelser..

Anthocyaniner for skønhed og sundhed

For at vores hud skal være fløjlsagtig og silkeagtig hår, anbefaler ernæringseksperter at diversificere kosten med plantefødevarer, der indeholder anthocyaniner. På samme tid vil alle organer blive beskyttet mod de skadelige virkninger af det ydre miljø, og vi vil være roligere og lykkeligere.!

Anthocyaniner: farvehemmeligheder

O. Yu. Shoeva,
kandidat til biologiske videnskaber
"Kemi og liv" nr. 1, 2013

For flere århundreder siden begyndte en af ​​de mest interessante og smukke historier inden for biologisk videnskab - historien om studiet af farve i planter. Plantepigmenter anthocyaniner spillede en vigtig rolle i opdagelsen af ​​Mendels love, mobile genetiske elementer, RNA-interferens - alle disse opdagelser blev gjort gennem observationer af plantefarvning. Indtil i dag er anthocyanins biokemiske natur, deres biosyntese og dens regulering blevet undersøgt tilstrækkeligt detaljeret. De opnåede data gør det muligt at skabe usædvanligt farvede sorter af prydplanter og afgrøder. Blå rose er ikke længere et eventyr.

Hvad er anthocyaniner? Lidt om kemi

For nylig har der i russiske og udenlandske medier været hyppige rapporter om vidunderlige frugter, vidunderlige grøntsager og vidunderlige blomster med en usædvanlig farve, som enten ikke forekommer i disse plantearter eller findes, men er meget sjælden. En furore blandt den russiske offentlighed kom for nylig med nyheden om en ny kartoffelsort "Wonderful" med en lilla farve af papirmasse, skabt af opdrættere fra Ural Research Institute of Agriculture (fig. 1). Blandt grøntsagerne med en usædvanlig lilla farve for os kan vi også nævne kål, peberfrugter, gulerødder, blomkål. Bemærk, at alle sorter af lilla grøntsager, frugter og korn, der er tilladt til dyrkning til kommercielle formål, blev oprettet under avlsarbejde. Disse er ikke genetisk modificerede.

Et andet eksempel er den blå rose, drømmen om mere end en generation opdrættere og gartnere. Indtil 2004 kunne blå rosenknopper kun opnås ved hjælp af kemiske farvestoffer, for eksempel indigo, som blev injiceret i rødderne på en hvid rose (se Chemistry and Life, 1989, nr. 6). I 2004 blev der for første gang i verden opnået en ægte blå rose ved hjælp af gentekniske metoder (fig. 2).

Disse og andre dristige farvemanipulationer, som pressen kalder "mirakler", blev mulige takket være en omfattende undersøgelse af arten af ​​anthocyaninpigmentering og den genetiske komponent i biosyntese af anthocyaninforbindelser..

I dag er plantepigmenter som flavonoider, carotenoider og betalains godt undersøgt. Alle kender gulerøddernes carotenoider, og betalains inkluderer for eksempel roepigmenter. Gruppen af ​​flavonoide forbindelser yder det største bidrag til forskellige farver i planter. Denne gruppe inkluderer gule auroner, chalcones og flavonoler såvel som hovedpersonerne i denne artikel - anthocyaniner, der farve planter i lyserøde, røde, orange, skarlagenrøde, lilla, blå, mørkeblå farver. Forresten er anthocyaniner ikke kun smukke, men også meget nyttige for mennesker: som det viste sig under deres undersøgelse, er disse biologisk aktive molekyler.

Så anthocyaniner er plantepigmenter, der kan være til stede i planter både i generative organer (blomster, pollen) og i vegetative (stængler, blade, rødder) såvel som i frugt og frø. De er konstant indeholdt i cellen eller vises på et bestemt stadium af planteudvikling eller under påvirkning af stress. Sidstnævnte omstændighed førte forskere til ideen om, at anthocyaniner ikke kun er nødvendige for at tiltrække bestøvende insekter og frøspredere med en lys farve, men også for at bekæmpe forskellige typer stress..

De første eksperimenter med studiet af anthocyaninforbindelser og deres kemiske natur blev udført af den berømte engelske kemiker Robert Boyle. Tilbage i 1664 opdagede han første gang, at under virkningen af ​​syrer skiftede den blå farve af kornblomstblade til rød, mens under påvirkning af alkali bliver kronblade grønne. I 1913–1915 offentliggjorde den tyske biokemiker Richard Willstatter og hans schweiziske kollega Arthur Stoll en række værker om anthocyaniner. De isolerede individuelle pigmenter fra blomster af forskellige planter og beskrev deres kemiske struktur. Det viste sig, at anthocyaniner i celler hovedsageligt er i form af glycosider. Deres aglykoner (basiske forløbermolekyler), kaldet anthocyanidiner, er hovedsageligt forbundet med sukker glukose, galactose, rhamnose. Richard Willstatter blev tildelt Nobelprisen i kemi for sin forskning i planteverdenens farvestoffer, især klorofyl..

Mere end 500 individuelle anthocyaninforbindelser er kendt, og antallet stiger konstant. De har alle Cfemten-carbonskelet - to benzenringe A og B forbundet med C3-et fragment, der danner en γ-pyronring med et oxygenatom (C-ring, fig. 3). Samtidig adskiller anthocyaniner sig fra andre flavonoide forbindelser ved tilstedeværelsen af ​​en positiv ladning og en dobbeltbinding i C-ringen.

Med al deres enorme variation er anthocyaninforbindelser derivater af kun seks hovedantocyanidiner: pelargonidin, cyanidin, peonidin, delphinidin, petunidin og malvidin, som adskiller sig i sidegrupper R1 og R2 (fig. 3, tabel). Da peonidin i biosyntese dannes af cyanidin og petunidin og malvidin fra delphinidin, kan der skelnes mellem tre hovedantocyanidiner: pelargonidin, cyanidin og delphinidin - disse er forløberne for alle anthocyaninforbindelser.

Vigtigste C-ændringerfemten-kulstofskelettet er skabt af individuelle forbindelser fra anthocyaninklassen. Som et eksempel viser fig. 4 viser strukturen af ​​det såkaldte himmelblå anthocyanin, der farver blomster af morgenens herlighed bindeblomst i blå.

Valgmuligheder er mulige

Hvilken farve anthocyaninplanten vil farve afhænger af mange faktorer. Først og fremmest bestemmes farven af ​​strukturen og koncentrationen af ​​anthocyaniner (den stiger under stressforhold). Delphinidin og dets derivater er blå eller blå, pelargonidinderivater er rødorange og cyanidin er lilla-røde (fig. 5). I dette tilfælde bestemmes den blå farve af hydroxylgrupper (se tabel og fig. 4), og deres methylering, dvs. tilsætningen af ​​CH3-grupper, forårsager rødme (International Journal of Molecular Sciences, 2009, 10, 5350-5369, doi: 10.3390 / ijms10125350).

Derudover afhænger pigmentering af pH i vakuolerne, hvor anthocyaninforbindelser akkumuleres. Den samme forbindelse, afhængigt af forskydningen i surheden i cellesaften, kan få forskellige nuancer. Så en opløsning af anthocyaniner i et surt medium har en rød farve, i en neutral - lilla og i en alkalisk - gulgrøn.

Imidlertid kan pH i vakuoler variere fra 4 til 6, og derfor kan udseendet af en blå farve i de fleste tilfælde ikke forklares ved indflydelsen af ​​mediumets pH. Derfor blev der udført yderligere undersøgelser, der viste, at anthocyaniner i planteceller ikke er til stede i form af frie molekyler, men i form af komplekser med metalioner, der har en blå farve (Nature Product Reports, 2009, 26, 884-915 ). Komplekser af anthocyaniner med ioner af aluminium, jern, magnesium, molybdæn, wolfram, stabiliseret ved kopier (hovedsagelig flavoner og flavonoler) kaldes metalloanthocyaniner (fig. 6).

Lokaliseringen af ​​anthocyaniner i plantevæv og formen på epidermale celler er også vigtig, da de bestemmer mængden af ​​lys, der når pigmenterne, og derfor intensiteten af ​​farven. Det er blevet vist, at snapdragonblomster med koniske epidermale celler er farvet lysere end blomster af mutante planter, hvis epidermale celler ikke kan tage en sådan form, skønt begge planter producerer anthocyaniner i samme mængde (Nature, 1994, 369, 6482, 661-664).

Så vi fortalte, hvad der forårsagede nuancer af anthocyaninpigmentering, hvorfor de er forskellige i forskellige arter eller endda i de samme planter under forskellige forhold. Læseren kan eksperimentere med sine egne stueplanter ved at observere deres farveændringer. Måske under disse eksperimenter opnår du den ønskede farvetone, og din plante vil overleve, men den vil bestemt ikke overføre denne skygge til sine afkom. For at effekten skal nedarves, er det nødvendigt at forstå et andet aspekt af farvedannelse, nemlig den genetiske komponent i anthocyaninbiosyntese..

Gener til blå og lilla

Det molekylære genetiske grundlag for biosyntese af anthocyaniner er blevet undersøgt ganske fuldt ud, hvilket i høj grad blev lettet af mutanter af forskellige plantearter med en ændret farve. Mutationer i tre typer gener påvirker biosyntese af anthocyaniner og dermed farven. Den første er gener, der koder for enzymer, der er involveret i kæden af ​​biokemiske transformationer (strukturelle gener). Det andet er de gener, der bestemmer transkriptionen af ​​strukturgener på det rigtige tidspunkt på det rigtige sted (regulerende gener). Endelig er den tredje gener fra transportører, der overfører anthocyaniner til vakuoler. (Det vides, at anthocyaniner i cytoplasmaet oxideres og danner bronzefarvede aggregater, der er giftige for planteceller (Nature, 1995, 375, 6530, 397-400).)

Til dato er alle faser af biosyntese af anthocyaniner og de enzymer, der udfører dem, kendte og er blevet undersøgt detaljeret ved metoder til biokemi og molekylær genetik (fig. 7). Strukturelle og regulatoriske gener til anthocyaninbiosyntese er blevet isoleret fra mange plantearter. At kende det særegne ved biosyntese af anthocyaninpigmenter i en bestemt planteart gør det muligt at manipulere dens farve på det genetiske niveau, hvilket skaber planter med usædvanlig pigmentering, der overføres fra generation til generation..

Opdræt og genmodifikation

Hotspots til farveændring i planter er hovedsageligt strukturelle og regulatoriske gener. Metoderne, hvormed du kan ændre farve på planter, er opdelt i to typer. Den første inkluderer udvælgelsesmetoder. Den valgte planteart ved krydsning modtager gener fra donorer - planter af en nært beslægtet art med det ønskede træk. Kartoffelsorten "Vidunderlig", ifølge forfatteren, lederen af ​​kartoffeludvælgelsesafdelingen for den statslige videnskabelige institution for Ural Research Institute of Agricultural Sciences, Doctor of Agricultural Sciences EP Shanina, blev skabt netop ved selektionsmetoden.

Et andet godt eksempel er hvede med lilla og blå kornfarver forårsaget af anthocyaniner (figur 8). I naturen blev hvede med lilla korn først opdaget i Etiopien, hvor tilsyneladende dette træk dukkede op, og derefter blev de gener, der var ansvarlige for det, med succes introduceret ved avlsmetoder i dyrkede sorter af blød hvede. Hvede med blåt korn findes ikke i naturen, men blåt korn har en slægtning til hvede - hvedegræs. Ved at krydse hvedegræs og hvede og vælge dette træk opnåede opdrættere hvede med blåt korn ("Euphytica", 1991, 56, 243-258).

I disse eksempler er regulatoriske gener blevet introduceret i hvedegenomet. Med andre ord har hvede et funktionelt apparat til biosyntese af anthocyaniner (alle enzymer, der er nødvendige for biosyntese, er i orden). Regulerende gener opnået fra beslægtede arter starter kun "anthocyanin-biosyntese-maskinen" i hvede i kornet.

Et lignende eksempel, men ved hjælp af den anden gruppe af farvemanipulationsmetoder - gentekniske metoder - er produktionen af ​​tomater med et højt indhold af anthocyaniner (Nature Biotechnology, 2008, 26, 1301-1308, doi: 10.1038 / nbt.1506). Normalt indeholder modne tomater carotenoider, herunder den fedtopløselige antioxidant lycopen; af flavonoiderne, små mængder naringenin chalcon (2 ', 4', 6 ', 4-tetrahydroxychalcone, se fig. 8) og rutin (glyceret 5 7,3 ', 4'-tetrahydroxyflavonol). Ved at indføre en plante en genetisk konstruktion, der indeholder regulerende gener til biosyntese af snapdragon anthocyaniner Ros1 og Del under kontrol af E8-promotoren, som er aktiv i tomatfrugter, opnåede en international gruppe forskere tomater med et højt indhold af anthocyaniner - en intens lilla farve (fig. 9).

Disse var alle eksempler på manipulation af regulatoriske gener. Et eksempel på anvendelsen af ​​genteknologi af farveændring på grund af de strukturelle gener af anthocyaninbiosyntese er et banebrydende arbejde udført i 80'erne af tyske forskere på petunier (Nature, 1987, 330, 677-678, doi: 10.1038 / 330677a0). For første gang i historien blev en plantes farve ændret ved gentekniske metoder.

Normalt indeholder petuniaplanten slet ikke pigmenter afledt af pelargonidin. For at forstå hvorfor dette sker, lad os vende tilbage til fig. 7. For enzymet DFR (dihydroflavonol-4-reduktase) af petunia er det mest foretrukne substrat dihydromyricetin, mindre foretrukket er dihydroquercetin, og dihydrokempferol anvendes slet ikke som et substrat. Et helt andet billede af substratspecificiteten af ​​dette enzym i majs, som DFR “foretrækker” bare dihydrokempferol. Bevæbnet med denne viden brugte Meyer en mutant petunia-linje, der manglede F3'H og F3'5'H enzymer. Ser man på fig. 7 er det let at gætte, at denne mutantlinje akkumulerede dihydrokempferol. Og hvad sker der, hvis en genetisk konstruktion indeholdende Dfr-genet fra majs introduceres i en mutantlinie? Et enzym vises i cellerne i petunia, som i modsætning til den "native" DFR af petunia er i stand til at omdanne dihydrokempferol til pelargonidin. På denne måde opnåede forskere petunia med ukarakteristisk murstenrød farve af blomster (fig. 10).

Figur: 10. Til venstre er en mutant linje af petunia med en lyserød farve af kronbladet på grund af tilstedeværelsen af ​​spormængder af anthocyaniner - derivater af cyanidin og delphinidin til højre - en genetisk modificeret petunia-plante, der akkumulerer anthocyaniner - derivater af pelargonidin ("Nature", 1987, 330, 677-678)

Forskere har dog ikke altid sådanne praktiske mutanter ved hånden, så når man ændrer farve på planter, er man nødt til at "slukke" unødvendig enzymatisk aktivitet og "tænde" den, der er brug for. Det var denne tilgang, der blev brugt til at skabe verdens første rose med en blå farve af knopper (fig. 2, 11).

I roser, der er skabt af opdrætters indsats, varierer kronbladenes farve fra lys rød og lyserød til gul og snehvid. En intensiv undersøgelse af biosyntese af anthocyaniner i roser gjorde det muligt at fastslå, at de ikke har nogen F3'5'H-aktivitet, og rose DFR-enzymet bruger dihydroquercetin og dihydrokempferol, men ikke dihydromyricetin, som substrater. Derfor, når man opretter en blå rose, har forskere valgt følgende strategi. På det første trin blev rosen "slukket" for sit eget DFR-enzym (for dette blev der anvendt en tilgang baseret på RNA-interferens), på det andet trin blev genet, der koder for de funktionelle F3'5'H stedmoderblomster (viola), introduceret i rosengenomet på tredje trin, iris-Dfr-genet, der koder for et enzym, der producerer delphinidin fra dihydromyricetin, en blåfarvet anthocyanin-forløber. På samme tid, således at F3'5'H-enzymerne fra stedmoderblomster og F3'H-roser ikke konkurrerer med hinanden om substratet (det vil sige for dihydrokempferol, fig. 7), blev en genotype med fraværet af F3'H-aktivitet valgt til at skabe en blå rose.

Et andet eksempel på de fantastiske muligheder, som de akkumulerede data om biosyntese af flavonoide pigmenter i kombination med metoder til genteknologi åbner for os, er produktionen af ​​tornede planter med gule blomster (fig. 12).

Det vides, at to typer pigmenter har en gul farve: auroner, en klasse af pigmenter af flavonoid karakter, der farve snapdragon og dahlia blomster i lyse gule og carotenoider, pigmenter af blomster af tomater og tulipaner. Det blev fundet, at auroner i snapdragon syntetiseres fra chalkoner ved hjælp af to enzymer - 4'CGT (4'chalconglycosyltransferase) og AS (aureusidinsyntase). Introduktionen af ​​genetiske konstruktioner med 4'Cgt- og As-generne fra snapdragon i torrentiale planter (normalt er deres blomster blå) sammen med inhibering af biosyntese af anthocyaninpigmenter førte til ophobning af auroner, og derfor viste en sådan plante blomster sig at være lysegule. En lignende strategi kan bruges til at producere gule blomster ikke kun i torenia, men også i pelargoner og violer (Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 2006, 103, 29, 11075-11080, doi: 10.1073 / pnas.0604246103).

De givne eksempler er kun en lille del af de manipulationer, som forskere i øjeblikket udfører med biosyntese af anthocyaniner. Alt dette blev muligt takket være undersøgelser af pigmenters biokemiske natur såvel som funktionerne i deres biosyntese i forskellige plantearter, både på enzymniveau og på molekylgenetisk niveau. Den hidtil akkumulerede viden om anthocyaninforbindelser har åbnet uudtømmelige muligheder for at skabe prydplanter med usædvanlige farver såvel som dyrkede plantearter med et øget indhold af anthocyaninpigmenter. Og selvom avlens præstationer - usædvanligt farvede grøntsager og frugter - allerede er tilgængelige for købere i nogle lande, er prydplanter skabt ved gentekniske metoder stadig sjældne. På grund af en række uløste vanskeligheder, såsom stabiliteten af ​​arv af den modificerede farve, er de endnu ikke kommercialiseret (med undtagelse af nogle sorter af petunier, blå roser og lilla nelliker). Arbejdet i denne retning fortsætter dog. Lad os håbe, at der snart vil være iøjnefaldende "videnskabelige mirakler" tilgængelige for alle skønhedselskere.

Flerfarvede "vidundere" fra videnskaben

  • 4347
  • 3.6
  • 3
  • 0

Denne farveoptøjer er forårsaget af anthocyaniner - plantepigmenter

Forfatter
  • Olesya Shoeva
  • Redaktører
    • Anton Chugunov
    • Andrey Panov
    • "Bio / mol / tekst" -2012
    • Biomolekyler
    • Genetik
    • Genteknologi
    • Strukturel biologi

    Artikel til konkurrencen "bio / mol / tekst": For flere århundreder siden begyndte en af ​​de mest interessante og smukke historier - historien om studiet af farve i planter. Under studiet af plantepigmenter blev de vigtigste opdagelser af moderne biologi gjort (Mendels love, genetisk mobile elementer, fænomenet RNA-interferens). Indtil i dag er spørgsmål om den biokemiske natur af plantepigmenter, deres biosyntese og dets regulering blevet undersøgt tilstrækkeligt detaljeret. Og de opnåede data bruges aktivt af forskere til at manipulere farver i planter..

    Konkurrence "bio / mol / tekst" -2012

    Dette arbejde vandt førstepladsen i Audience Award-nomineringen af ​​bio / mol / tekstkonkurrencen -2012.

    Konkurrence sponsoreret af den visionære Thermo Fisher Scientific.

    For nylig har der både i russiske og udenlandske medier været rapporter om "mirakelfrugter", "mirakelgrøntsager" og "mirakelblomster" med en usædvanlig farve, som enten ikke findes i disse plantearter eller forekommer, men meget sjældent. For eksempel gjorde nyhederne om oprettelse af Ural-opdrættere af Chudesnik-kartoffelsorten med en lilla farvet papirmasse et stort stænk blandt den russiske offentlighed (fig. 1, venstre).

    Og selvom lilla gulerødder og peberfrugter på det russiske marked er noget usædvanligt og meget sjældent, er grøntsager med en lilla farve i udlandet ikke længere overraskende (fig. 1, centrum). Blandt videnskabens "mirakler", der forbløffer mange mennesker, kan vi nævne de blå roser (fig. 1, til højre), der først blev oprettet i 2004 af det australske selskab Florigene med støtte fra det japanske holdingselskab Suntory..

    Figur 1. Planter af eksotiske blomster. Til venstre: Knold af kartoffelsorten Chudesnik, opdrættet af personalet ved Ural Research Institute of Agriculture. Center: Gulerødder med en lilla rodfarve på markedet i Tyrkiet. Til højre: Verdens første blå rose, skabt af australske forskere i Florigene med støtte fra det japanske holdingselskab Suntory.

    Ovenstående eksempler på planter med en usædvanlig farve af forskellige organer for os forenes af det faktum, at de alle blev kunstigt skabt af mennesket ved at manipulere farven, hvilket skyldes plantepigmenter - anthocyaniner. Uden en omfattende undersøgelse af arten af ​​anthocyaninfarvning og den genetiske komponent i biosyntese af anthocyaninforbindelser ville manipulation af farvning i forskellige plantearter imidlertid være umulig..

    Hvad er anthocyaniner? Et par ord om kemi

    Til dato er plantepigmenter såsom flavonoider, carotenoider og betalains blevet undersøgt godt; de har forskellige kemiske strukturer og giver planter forskellige farver. Og selvom carotenoider og betalains også er meget interessante pigmenter, vil jeg i denne artikel gerne fokusere på pigmenter af flavonoid karakter, da det er dem, der bestemmer det enorme udvalg af farvetoner i planter. Denne gruppe inkluderer anthocyaniner, der er allestedsnærværende blandt blomstrende planter, som ikke kun maler planter lyserøde, røde, orange, skarlagenrøde, lilla, blå, mørkeblå, men er også biologisk aktive molekyler, der er meget nyttige for mennesker [1]. Og selvom andre flavonoidforbindelser også kan deltage i dannelsen af ​​farve i planter (for eksempel giver auroner gul farve, og farveløse flavonoler stabiliserer anthocyaninpigmenter), vil denne artikels hovedfokus være på anthocyaniner..

    Så anthocyaniner er plantepigmenter, der kan forekomme i planter i generative (blomster, pollen) og vegetative (stængler, blade, rødder) organer såvel som i frugt og frø [2]. Desuden kan disse forbindelser enten være konstant til stede i cellen eller vises i nogen tid på et bestemt stadium af planteudvikling eller under påvirkning af stress. Sidstnævnte omstændighed førte forskere til ideen om, at disse forbindelser ikke kun er nødvendige for at farve blomster og frugter for at tiltrække bestøvende insekter og frøfordelere, men også for at bekæmpe forskellige typer stress [3].

    Figur 2. Grundstruktur af anthocyanidiner og anthocyaniner. Nummereringen af ​​kulstofatomer er præsenteret.

    De første eksperimenter til at studere anthocyaninforbindelser og deres kemiske natur blev udført af den berømte engelske kemiker Robert Boyle tilbage i 1664, da han først opdagede, at under virkningen af ​​syrer blev den blå farve af kornblomsterkronblade skiftet til rød, mens kronblade blev påvirket af grønne under påvirkning af alkali [4]. I 1913-1915. De tyske biokemikere R. Willstatter og A. Stoll udgav en række værker, der kaster lys over essensen af ​​den naturlige farve af anthocyaniner. De isolerede individuelle pigmenter fra blomster af forskellige planter og beskrev deres kemiske struktur. Det viste sig, at anthocyaniner i celler hovedsageligt er i form af glycosider. Deres aglykoner (basiske forløbermolekyler), kaldet anthocyanidiner, er hovedsageligt forbundet med sukkerarter glucose, galactose, rhamnose [4].

    Alle anthocyaniner (hvoraf der er mere end 500 kendte, og dette antal vokser [5]) har en fælles Cfemten-carbonskelet dannet af to benzenringe A og B forbundet med C3-fragment. Samtidig adskiller anthocyaniner sig fra andre flavonoide forbindelser ved tilstedeværelsen af ​​en positiv ladning og en dobbeltbinding i C-ringen (fig. 2). På trods af det enorme udvalg af anthocyaninforbindelser er de alle derivater af seks hovedantocyanidiner: pelargonidin, cyanidin, peonidin, delphinidin, petunidin og malvidin, som adskiller sig i sidegrupper R1 og R2 (fig. 2, tabel 1). Da der under biosyntese (vi vil tale om det lidt nedenfor) dannes peonidin fra cyanidin og petunidin og malvidin fra delphinidin, der kan skelnes mellem tre hovedantocyanidiner: pelargonidin, cyanidin og delphinidin, som derfor er forløberne for alle anthocyaninforbindelser.

    Tabel 1. Anthocyanidiner, som er forløberne for alle anthocyaninforbindelser. R1, R2 - sideradikaler i B-ringen (fig. 2).
    AnthocyanidinR1R2Farve
    cyanidin (Cy)DETHlilla
    peonidin (Pn)OCH3Hpurpurblå
    pelargonidin (Pg)HHrød-orange
    malvidin (Mv)OSN3OCH3lilla
    delphinidin (Dp)DETDETblå
    petunidin (Pt)OCH3DETlilla

    Har en fælles struktur Cfemten-carbonskelet, individuelle forbindelser i klassen af ​​anthocyaniner isoleres på baggrund af tilstedeværelsen, placeringen og arten af ​​ændringer af de vigtigste Cfemten-kulstofskelet. Som et eksempel på strukturen af ​​en individuel forbindelse af anthocyanin med modifikationer af A-, B- og C-ringene viser figur 3 strukturen af ​​den såkaldte "himmelsblå anthocyanin", som giver morning glory planterne en blå farve.

    Figur 3. Strukturen af ​​"himmelblå anthocyanin" (C08642). Forbindelsen isoleres fra Ipomoea tricolor. Markeret i figuren: blå - peonidin (methyleret cyanidinderivat); grøn - rester af koffeinsyre; sort - glukoserester.

    Hvilken farve planten har, afhænger af mange faktorer:

    • strukturen og koncentrationen af ​​anthocyaniner (som forresten også afhænger af tilstedeværelsen af ​​stress - tørke, intens belysning, kulde);
    • pH i vakuum, hvor de akkumuleres (se ovenfor beskrivelse af Robert Boyles eksperimenter);
    • tilstedeværelsen af ​​co-pigmenter, der stabiliserer anthocyaninfarvning;
    • metalioner (aluminium, jern, magnesium, molybdæn, wolfram), hvormed anthocyaniner kan danne komplekser og ændre deres farve til blå. I dette tilfælde er et eksempel på dannelsen af ​​et kompleks af sennepsrodsantocyaniner med molybdænioner meget vejledende (fig. 4);
    • lokalisering af disse forbindelser i plantevæv.

    Figur 4. Tværsnit af sennepsrødder dyrket i et miljø med molybdæn (+ Mo) og uden det (-Mo). Denne type planter akkumulerer anthocyaniner i rodens epidermis, der danner komplekser med molybdænioner og ændrer farven fra lilla til blå..

    Der er et sådant mønster: delphinidin og dets derivater har en blå (blå) farve, pelargonidinderivater har en rød-orange farve, og cyanidinderivater har en lilla-rød farve. I dette tilfælde skyldes den blå farve hydroxylgrupper (tabel 1, fig. 3), hvis methylering (tilsætning af -CH3) fører til "rødme" [7]. Det skal dog huskes, at den samme anthocyaninforbindelse afhængigt af skiftet i surheden i cellesaften kan få forskellige nuancer. Således har en opløsning af anthocyaniner i et surt medium en rød farve, i et neutralt medium er det lilla, og i et alkalisk medium er det gulgrønt (fig. 5)..

    Figur 5. Farveændring af en opløsning af anthocyaniner isoleret fra rødkål, når opløsningens pH ændres fra 1 til 10 (fra venstre mod højre).

    Så hvad der forårsager nuancer af anthocyaninpigmentering, hvorfor de er forskellige i forskellige plantearter eller endda i de samme planter under forskellige vækstbetingelser, bliver det klart. Bevæbnet med de allerede skitserede data kan hver læser eksperimentere med sine egne stueplanter ved at observere deres farveændring. Men hvis du under disse eksperimenter opnår den ønskede farvetone, og din plante overlever, så vil den bestemt ikke overføre denne skygge til sine efterkommere. For at effekten skal være vedvarende, er det nødvendigt at forstå et andet aspekt af farvedannelse, nemlig den genetiske komponent af anthocyaninbiosyntese i planteceller..

    Molekylært genetisk grundlag for anthocyanin-biosyntese

    Indtil i dag er dette spørgsmål blevet undersøgt ganske fuldt ud, hvilket i vid udstrækning er blevet lettet af mutanter af forskellige plantearter med nedsat biosyntese af anthocyanin. Det blev fundet, at mutationer i tre typer gener påvirker biosyntese af anthocyaniner (og følgelig skyggen dannet i en plante) [8]:

    1. Kodende enzymer involveret i kæden af ​​biokemiske transformationer (strukturelle gener).
    2. Transkriptionelle strukturgener på det rigtige tidspunkt på det rigtige sted (regulerende gener).
    3. Kodning af anthocyanintransportører i vakuoler (det vides, at anthocyaniner i cytoplasmaet oxideres og danner bronzefarvede aggregater, som er meget giftige for planteceller [9]).

    Takket være metoderne inden for biokemi og molekylær genetik er alle stadier af biosyntesen af ​​anthocyaniner og de enzymer, der udfører dem, i øjeblikket kendte og tilstrækkeligt fuldstændigt undersøgt (fig. 6), inklusive de strukturelle og regulerende gener af anthocyaninbiosyntese, isoleret fra mange plantearter [8]. Kendskab til særegenhederne ved biosyntese af anthocyaninpigmenter i en bestemt planteart gør det muligt at manipulere dens farve på det genetiske niveau og skabe planter med usædvanlig pigmentering, der vil overføre nye farveegenskaber fra generation til generation..

    Figur 6. Biosyntese af anthocyanidiner: cyanidin, pelargonidin, delphinidin. Anthocyanidiner gennemgår derefter modifikationsreaktioner (glycosylering, acylering, methylering), som udføres af glycosyltransferaser (GT), acyltransferaser (AT) og methyltransferaser (MT). Den typiske farve, som anthocyaniner, der er dannet af de givne anthocyanidiner, er vist i figuren, men det afhænger af mange faktorer: pH, co-pigmentering med farveløse flavonoider, komplekser med tungmetalioner. Bemærk, at anthocyaniner, ikke anthocyanidiner, methyleres i B-ringen (blå stiplede pile). Forkortelser: chalconsyntase (CHS); chalconflavanonisomerase (CHI); dihydroflavonol 4-reduktase (DFR); flavanon-3-hydroxylase (F3H); flavonoid 3'-hydroxylase (F3'H); flavonoid-3 ', 5'-hydroxylase (F3'5'H); anthocyanidinsyntase (ANS); flavonsyntase (FNS); flavonolsyntase (FLS).

    [7], tegning med ændringer

    Tilgange og hotspots til farveændring i planter

    I lyset af ovenstående er de "hot spots" til farveændring i planter hovedsageligt strukturelle og regulerende gener. Gener, der koder for transportører, bruges også til at ændre farve, men ikke så ofte som de to andre gengrupper.

    De tilgange, der kan bruges til at ændre plantens farve, er opdelt i to typer. Den første type inkluderer tilgange baseret på selektionsmetoder, der tillader introduktion af gener fra donorer - planter af en nært beslægtet art, der har det ønskede træk. Ifølge forfatterne af "Wonderful" var det ved udvælgelsesmetoden, at denne sort blev oprettet (fig. 1, venstre). Et andet slående eksempel er hvede med lilla og blå kornfarver forårsaget af anthocyaniner (fig. 7).

    Figur 7. Lilla (venstre), cyan (højre) og ufarvet (i midten) hvedekorn.

    I naturen blev lilla-korn hvede først opdaget i Etiopien (hvor dette træk ser ud til at have optrådt), og derefter blev generne, der bestemmer dette træk, introduceret ved avlsmetoder i dyrkede sorter af blød hvede [10]. Hvede med blåt korn findes ikke i naturen, men blåt korn har en slægtning til hvede - hvedegræs. Ved at krydse hvedegræs og hvede og vælge dette træk opnåede opdrættere hvede med blå korn, som hvedegræs [10]. I ovenstående eksempler er regulatoriske gener blevet introduceret i hvedegenomet. Det vil sige, hvede har allerede et funktionelt apparat til biosyntese af anthocyaniner (alle nødvendige enzymer til biosyntese er i orden), og ved at indføre regulerende gener fra beslægtede arter ved selektionsmetoder startes maskinen til anthocyaninbiosyntese i hvede i hvede.

    Et lignende eksempel, men ved anvendelse af den anden gruppe af farvemanipulationsmetoder - gentekniske metoder: der blev opnået tomater med et øget indhold af anthocyaniner [11]. Modne tomater indeholder normalt carotenoider, inklusive den fedtopløselige antioxidant lycopen; af flavonoiderne indeholder de en lille mængde naringeninkalcon (2 ', 4', 6 ', 4-tetrahydroxychalcon, se fig. 6) og rutin (glycosiseret 5,7,3', 4'-tetrahydrooxyflavonol). Ved at indføre i tomatplanter en genetisk konstruktion, der indeholder regulerende gener til biosyntese af snapdragon anthocyaniner Ros1 og Del under kontrol af E8-promotoren, som er aktiv i tomatfrugter, lykkedes det forfatterne at opnå tomater med et højt anthocyaninindhold (fig. 8). Det er således muligt at starte "maskinen" til anthocyaninbiosyntese i et bestemt væv ved at manipulere regulatoriske gener, som udføres enten ved selektionsmetoder eller ved gentekniske metoder..

    Figur 8. Tomater med et højt indhold af anthocyaniner i frugter opnået ved genteknologi

    Et eksempel på brugen af ​​genteknik til at manipulere farve på grund af de strukturelle gener af anthocyaninbiosyntese er det banebrydende arbejde, der er udført på petunia [12]. I dette arbejde blev der for første gang i historien anvendt metoder til genteknologi for at ændre plantens farve. Normalt indeholder petuniaplanter slet ikke pigmenter afledt af pelargonidin (fig. 6). Dette skyldes det faktum, at for DFR (dihydroflavonol 4-reduktase) enzymet i petunia er det mest foretrukne substrat dihydromyricetin, mindre foretrukket er dihydroquercetin, og dihydrokempferol bruges slet ikke som et substrat (fig. 6).

    Et fuldstændigt andet billede af substratspecificiteten af ​​DFR-enzymet observeres i majs, hvis DFR fortrinsvis bruger dihydrokempferol som substrat [13]. Bevæbnet med denne viden brugte Meyer og kolleger en mutant petunia-stamme, der manglede de funktionelle enzymer F3'H og F3'5'H. Ser man på figur 6, er det let at se, at denne mutante linje akkumulerede dihydrokempferol, som ikke er et substrat for DFR i petunia, men er et substrat for DFR i majs. Ved at indføre en genetisk konstruktion indeholdende Dfr-genet fra majs i mutantlinjen opnåede Meyer en petunia med en usædvanlig murstenrød farve af blomster (fig. 9).

    Figur 9. Petunier. a - Mutant linje af petunia med en lyserød farve på corolla på grund af tilstedeværelsen af ​​spormængder af anthocyaniner - derivater af cyanidin og delphinidin. b - Genetisk modificerede petunier, der akkumulerer anthocyaniner - pelargonidinderivater.

    Forskere har dog ikke altid sådanne bekvemme mutanter ved hånden med fravær af nogen enzymatisk aktivitet, derfor er det ofte nødvendigt at "slå den fra" og "tænde" en anden påkrævet aktivitet, når man ændrer plantens farve. Det var denne tilgang, der blev implementeret ved oprettelsen af ​​verdens første rose med en blå knoppefarve (fig. 1, højre), hvis skabelsesplan er vist i fig. 10.

    Figur 10. Skema til oprettelse af en blå rose.

    I roser, der er skabt af opdrætters indsats, varierer kronbladenes farve fra lys rød og lyserød til gul og snehvid. En intensiv undersøgelse af biosyntese af anthocyaniner i roser gjorde det muligt at fastslå, at de ikke har F3'5'H-aktivitet, og rose DFR-enzymet bruger dihydroquercetin og dihydrokempferol som substrater, men ikke dihydromyricetin (fig. 6). Derfor valgte forskere følgende strategi, når de oprettede en blå rose.

    1. For det første blev det oprindelige DFR-enzym "slukket" (for dette blev der anvendt en tilgang baseret på RNA-interferens).
    2. Derefter blev et gen indført i genomets rose, der koder for de funktionelle F3′5′H stedmoderblomster.
    3. Derefter blev iris-Dfr-genet introduceret i genomet, som koder for et enzym med dihydromyricetin-substratspecificitet, der producerer delphinidin, en forløber for blå anthocyaniner.

    På samme tid, så F3'5'H af stedmoderblomster og F3'H af roser ikke konkurrerer med hinanden om et substrat (begge enzymer bruger dihydrokempferol som substrat, fig. 6), blev en tilgængelig genotype med fraværet af F3'H valgt til at skabe en blå rose aktivitet.

    Et andet slående eksempel på brugen af ​​de akkumulerede data om biosyntese af flavonoide pigmenter for at skabe planter med en usædvanlig farve til dem er produktionen af ​​tornede planter med gule blomster ved gentekniske metoder (fig. 11).

    Figur 11. Skema for biosyntese af anthocyaniner og auroner. Nedenfor er blomster af almindelige, glødende anthocyaniner (venstre) og transgene torenia, akkumulerende auroner (højre). THC - tetrahydroxychalcone, PHC - pentahydroxychalcone.

    [14], tegning med ændringer

    Det vides, at to typer pigmenter har en gul farve: auroner (en klasse af pigmenter af flavonoid art, der bestemmer den lyse gule farve af snapdragon og dahlia blomster) og carotenoider (pigmenter af blomster af tomater og tulipaner). Under analysen af ​​biosyntesen af ​​auroner i snapdragon blev det fundet, at disse pigmenter syntetiseres fra chalkoner ved hjælp af to enzymer - 4'CGT (4'-chalconglycosyltransferase) og AS (aureusidinsyntase) (fig. 11). Indførelsen af ​​genetiske konstruktioner med 4'Cgt- og As-generne fra snapdragon i torreniaplanter, der normalt har blå blomster, sammen med inhiberingen af ​​biosyntese af anthocyaninpigmenter førte til akkumulering af niveauer og følgelig til en lysegul farve af blomster (fig. 11). (Læseren kan uafhængigt antage på niveauet for arbejdet, med hvilke enzymer biosyntese af anthocyaniner kan blokeres i dette tilfælde.) Strategien, der er udviklet af specialister, kan bruges til at opnå gule blomster ikke kun i torenia, men også i geranium og violer [14].

    De givne eksempler er kun en lille brøkdel af, hvilke manipulationer forskere udfører med det, de ved meget godt - med biosyntese af anthocyaniner..

    Konklusion

    Som det kan ses, bidrager en intensiv undersøgelse af pigmenters biokemiske natur såvel som de særlige egenskaber ved deres biosyntese i forskellige plantearter, både på enzymniveau og på molekylgenetisk niveau, til den store succes med at manipulere farver i planter. Den hidtil akkumulerede viden om anthocyaninforbindelser har åbnet uudtømmelige muligheder for at skabe prydplanter med usædvanlige farver såvel som dyrkede plantearter med et øget indhold af anthocyaninpigmenter. Og selv om resultaterne med avl - usædvanligt farvede grøntsager og frugter - allerede er tilgængelige for købere i en række lande, er prydplanter skabt ved gentekniske metoder for det meste stadig ret sjældne på markedet. Faktum er, at de på grund af en række uløste vanskeligheder - som f.eks. Stabiliteten ved arvingen af ​​en modificeret farve - endnu ikke er kommercialiseret (med undtagelse af nogle sorter petunia, blå rose, lilla nellike). Arbejdet i denne retning fortsætter dog. Lad os håbe, at der snart vil være nogle dejlige "mirakler" inden for videnskab, der vil være tilgængelige for alle skønhedselskere.