Пигменты (в биологии)

Пигменты в биологии, окрашенные вещества, входящие в состав тканей организмов. Цвет П. определяется наличием в их молекулах так называемых хромофорных групп, которые обусловливают избирательное поглощение света в видимой части солнечного спектра (см. Цветности теория). П. играют важную и разнообразную роль в жизнедеятельности организмов, особенно в фотобиологических процессах.

Распространённость П. в природе. Наиболее распространённые П.‒ порфирины и каротиноиды ‒ найдены в большинстве растительных и животных организмов. Порфирины входят в состав молекул хлорофилла зелёных растений, бактериохлорофиллов фотосинтезирующих бактерий, дыхательных пигментов животных (гемоглобин, миоглобин, хлорокруорин и др.). Чрезвычайно распространены в организмах цитохромы, в состав которых (как и гемоглобина) входит железопорфириновый комплекс ‒ гем. Каротиноиды (ненасыщенные углеводороды изопреноидного строения) и их окисленные производные (ксантофиллы) представляют собой П. жёлтого, оранжевого или красного цвета; они содержатся в зелёных растениях, а также в водорослях, грибах, бактериях. В синезелёных и красных водорослях присутствуют вспомогательные фотосинтетические П.‒ фикобилины (синий ‒ фикоцианин и Красный ‒ фикоэритрин), в основе небелковой части которых лежит цепочка из 4 пиррольных ядер. К этим П. близок по структуре обнаруженный в растениях фитохром и жёлчные пигменты животных, образующиеся при распаде гемоглобина. В обширную группу растит. П.‒ флавоноидов ‒ входят различающиеся по химическому строению, цвету и распространённости вещества (антоцианы, флавоны), окрашивающие цветки, плоды и листья растений. Органы зрения животных содержат сложный по составу зрительный пигмент. В растительных и животных тканях распространены также разнообразные П.‒ производные хинонов (дыхательные хромогены); в коже, шерсти и волосах животных ‒ меланины. Весьма разнообразны по химической природе П. грибов и бактерий. Одинаковые или близкие по химическому строению П. могут присутствовать в различных, филогенетически «удалённых» друг от друга группах живых организмов.

П. находятся чаще в тех или иных структурных образованиях клетки, реже ‒ в жидкостях организма в растворённом состоянии. Так, хлорофилл сосредоточен в хлоропластах, каротиноиды ‒ в хромо- и хлоропластах, гемоглобин ‒ в эритроцитах, флавоноиды ‒ в клеточном соке растений. П., связанные с белками и липидами, входят в структуру биологических мембран. У многих видов животных и растений существуют специализированные пигментные клетки или хроматофоры.

Биологическая роль П. Пигментная система является звеном, связывающим световые условия внешней среды с обменом веществ в организме. Одна из наиболее важных функций П. у растений ‒ их участие в фотосинтезе. Кроме того, поглощение света П. растений играет роль в процессах роста, развития и движения растений (см. Фотопериодизм, Фототропизм). Важнейшая функция П. у животных ‒ участие в зрительном процессе. Гемоглобин и др. П. крови переносят кислород от органов дыхания к тканям. Цитохромы, дыхательные хромогены и др. участвуют в тканевом дыхании, являясь ферментами. П. защищают организм от вредного действия ультрафиолетового излучения Солнца (у растений ‒ каротиноиды, флавоноиды, у животных ‒ меланины). П. обусловливают окраску организмов, важную для их приспособления к внешней среде. У растений окраска служит для привлечения насекомых-опылителей и птиц, распространяющих семена, у животных ‒ способствует защите от врагов или маскирует их при выслеживании добычи (см. Мимикрия, Покровительственная окраска и форма).

До 2-й половины 19 в. П. растений (см. Красильные растения) и животных широко применялись как красители (ализарин, индиго, кармин и др.). Некоторые П. применяют в пищевой промышленности и медицине (например, рибофлавин, каротин, П.-антибиотики). См. также Фотобиология.

А. А. Красновский.

В организме человека нарушения какой-либо стадии превращения П. ведут к накоплению различных продуктов обмена и развитию некоторых заболеваний. Различают наследственные (причина их возникновения ‒ наследственные дефекты синтеза П. и их химических предшественников в печени, эритроцитах) и приобретённые нарушения обмена П. Последние могут быть следствием заболеваний печени (гепатит, опухоли, закупорка жёлчевыводящих путей), недостатка витаминов (фолиевая, пантотеновая кислоты), длительного повышения температуры тела, а также могут развиваться при отравлениях, аддисоновой болезни или возникать как осложнения заболеваний крови. С различной частотой патология обмена П. встречается во всех возрастах; наследственные формы чаще наблюдаются у детей. Различают три основных группы нарушений пигментного обмена: гемоглобинопатии, гипербилирубинемии (подробнее см. в ст. Желтуха) и порфирии.

Ю. А. Князев.

Лит.: Цвет М. С., Хромофиллы в растительном и животном мире, Варшава, 1910; Тимирязев К. А., Солнце, жизнь и хлорофилл, М., 1948 (Избр. соч., т. 1); Проссер Л., Браун Ф., Сравнительная физиология животных, пер. с англ., М., 1967, гл. 8, 19; Биохимия растений, пер. с англ., М., 1968, гл. 24, 26, 28; Конев С. В., Волотовский И. Д., Введение в молекулярную фотобиологию, Минск, 1971; Lemberg R., Legge J. W., Hematin compounds and bile pigments, N. Y.‒ L., 1949; Chemistry and biochemistry of plant pigments, L.‒ N. Y., 1965; Photobiology of microorganisms, L.‒ [a. o.], 1970.