Pigmenty

Modrý motýl Morpho, původem ze Střední Ameriky, odvozuje své výrazné modré zbarvení spíše od duhovky než od pigmentace.

Biologické pigmenty, také známé jednoduše jako pigmenty nebo biochromy[Jak odkazovat a odkaz na shrnutí nebo text] jsou látky produkované živými organismy, které mají barvu vyplývající ze selektivní absorpce barev. Biologické pigmenty zahrnují rostlinné pigmenty a květinové pigmenty. Mnoho biologických struktur, jako je kůže, oči, srst a vlasy obsahují pigmenty, jako je melanin ve specializovaných buňkách zvaných chromatofory.

Barva pigmentu se liší od barvy struktury tím, že je stejná pro všechny pozorovací úhly, zatímco barva struktury je výsledkem selektivního odrazu nebo duhového efektu, obvykle kvůli vícevrstvým strukturám. Například motýlí křídla obvykle obsahují barvu struktury, i když mnoho motýlů má buňky, které obsahují i pigment.

Pigmentace je používána mnoha zvířaty na ochranu, pomocí kamufláže, mimikry nebo varovného zbarvení. Některá zvířata včetně ryb, obojživelníků a hlavonožců používají pigmentované chromatofory, které poskytují kamufláž, která se liší podle pozadí.

Pigmentace se používá při signalizaci mezi zvířaty, například při námluvách a reprodukčním chování. Například někteří hlavonožci používají své chromatofory ke komunikaci.

Fotpigment rhodopsin zachycuje světlo jako první krok ve vnímání světla.

Kožní pigmenty, jako je melanin, mohou chránit tkáně před spálením ultrafialovým zářením.

Některé biologické struktury zvířat, například hemové skupiny, které pomáhají přenášet kyslík v krvi, jsou však zbarveny v důsledku jejich struktury. Jejich barva nemá ochrannou nebo signalizační funkci.

Různé nemoci a abnormální podmínky, které zahrnují pigmentace jsou u lidí a zvířat, buď z absence nebo ztráta pigmentace nebo pigmentových buněk, nebo z nadměrné produkce pigmentu.

Pigmenty u mořských živočichů

Karotenoidy/ Karotenoprotein

Karotenoidy jsou nejčastější skupinou pigmentů vyskytujících se v přírodě. V živočiších a rostlinách se vyskytuje přes 600 různých druhů karotenoidů. V rostlinách jsou karoteinoidy zodpovědné za ochranu proti světlu, sklizeň a jednorázový kyslík v procesu fotosyntézy. Tento pigment se obvykle vyskytuje v chloroplastu rostlin a jiných fotosyntetických organismů, jako jsou řasy, houby a některé bakterie. Na druhou stranu, živočichové nejsou schopni vytvářet své vlastní karotenoidy. Proto se spoléhají na rostliny pro tyto pigmenty.

Karotenoidy tvoří komplexy s bílkovinami, které jsou známé jako karotenoproteiny. Tyto komplexy jsou běžné u mořských živočichů. Karotenoproteinové komplexy jsou zodpovědné za různá zbarvení (červená, fialová, modrá, zelená atd.) těchto mořských bezobratlých pro pářící rituály a maskování. Existují dva hlavní typy karotenoproteinů: typ A a typ B. Typ A má karotenoidy (chromogen), které jsou stechiometricky spojeny s jednoduchou bílkovinou (glykoprotein). Druhý typ, typ B, má karotenoidy, které jsou spojeny s lipo proteinem a jsou obvykle méně stabilní. Zatímco typ A se běžně vyskytuje na povrchu (skořápky a kůže) mořských bezobratlých, typ B je obvykle ve vejcích, vaječnících a krvi. Barvy a charakteristická absorpce těchto karotenoproteinových komplexů jsou založeny na chemické vazbě chromogenu a podjednotek bílkovin.

Například modrý karotenoprotein linckiacyanin má asi 100-200 karotenoidových molekul na každý komplex.
Funkce těchto pigmento-proteinových komplexů navíc také mění jejich chemickou strukturu. Karotenoproteiny, které jsou ve fotosyntetické struktuře, jsou častější, ale komplikovanější. Pigmento-proteinové komplexy, které jsou mimo fotosyntetický systém, jsou méně časté, ale mají jednodušší strukturu. Například v medúzách jsou jen dva z těchto modrých astaxanthin-proteinů, Velella velella, obsahuje jen asi 100 karotenoidů na jeden komplex.

Nejčastějším karotenoproteinem je astaxanthin, který vydává fialovomodrý a zelený pigment. Barva astaxanthinu vzniká vytvářením komplexů s bílkovinami v určitém pořadí. Například krustochrin má přibližně 20 molekul astaxanthinu vázaných s bílkovinami. Když komplexy reagují excitačně-excitační interakcí, snižuje absorpční maximum, čímž mění různé barevné pigmenty.

V humrech se vyskytují různé typy komplexů astaxanthin-proteinů. Prvním z nich je crustacyanin (max 632 nm), břidlicově modrý pigment, který se nachází v krunýři humra. Druhým je crustochrin (max 409), žlutý pigment, který se nachází na vnější vrstvě krunýře. A konečně, lipoglykoprotein a ovoverdin tvoří jasně zelený pigment, který se obvykle vyskytuje ve vnějších vrstvách krunýře a ve vajíčkách humra.

Tetrapyrroles jsou další nejčastější skupinou pigmentů. Mají čtyři pyrrolové kruhy, každý kruh se skládá z C4H4NH. Hlavní rolí tetrapyrroles je jejich spojení v biologickém oxidačním procesu. Tetrapyrroles má hlavní roli v transportu elektronů a působí jako náhrada mnoha enzymů. Kromě toho mají také roli v pigmentaci tkání mořského organismu.

Melanin je třída sloučenin, které slouží jako pigment s různými strukturami odpovědnými za tmavé, opálené, nažloutlé/redish pigmenty u mořských živočichů. Vzniká tak, že se aminokyselina tyrosin přeměňuje na melanin, který se nachází v kůži, vlasech a očích. Odvozen z aerobní oxidace fenolů, jsou to polymery.

Existuje několik různých typů melaninů, vezmeme-li v úvahu, že se jedná o souhrn menších složek molekul, jako je dusík obsahující melaniny. Existují dvě třídy pigmentů: černé a hnědé nerozpustné eumelaniny, které jsou odvozeny z aerobní oxidace tyrosinu za přítomnosti tyrosinázy, a alkalicky rozpustné feomelaniny, které mají žlutou až červenohnědou barvu, vznikající při odchylce dráhy eumelaninu působením cysteinu a/nebo glutathionu. Eumelaniny se obvykle nacházejí v kůži a očích. Několik různých melaninů zahrnuje melanoprotein (tmavě hnědý melanin, který je uložen ve vysokých koncentracích v inkoustovém váčku sépie Sepia Officianalis), echinoideu (nalezenou v dolarech písku a v srdcích mořských ježků), holothuroideu (nalezenou v mořských okurkách) a ophiuroideu (nalezenou v křehkých a hadích hvězdách). Tyto melaniny jsou pravděpodobně polymery, které vznikají opakovaným spojováním jednoduchých bipolyfunkčních monomdrických meziproduktů nebo s vysokou molekulovou hmotností. Sloučeniny benzothiazol a tetrahydroisochinolinové kruhové systémy působí jako sloučeniny absorbující UV záření. Existuje několik různých typů melaninů, vezmeme-li v úvahu, že se jedná o agregát menších složek molekul, jako je dusík obsahující melaniny.

U korálových a mořských sasanek, které budují útesy, fluoreskují, světlo je absorbováno na jedné vlnové délce a znovu emitováno na druhé. Tyto pigmenty mohou působit jako přírodní opalovací krémy, pomoci při fotosyntéze, sloužit jako varovné zbarvení, přilákat partnery, varovat soupeře nebo zmást predátory.

Photo-protective Pigments

Vzhledem k poškození UV-A a UV-B se u mořských živočichů vyvinuly sloučeniny, které absorbují UV světlo a působí jako opalovací krém. Aminokyseliny podobné mykossporinům (MAA) mohou absorbovat UV záření při 310-360 nm. Melanin je další známý UV-protektor. Karotenoidy a fotopigmenty působí nepřímo jako fotoprotektivní pigmenty, protože potlačují volné radikály kyslíku. Doplňují také fotosyntetické pigmenty, které absorbují světelnou energii v modré oblasti.

Defenzivní role pigmentů

Je známo, že zvířata používají své barevné vzory, aby varovala predátory, nicméně bylo pozorováno, že houbový pigment napodoboval chemickou látku, která zahrnovala regulaci pelichání amfidů, o nichž bylo známo, že se živí houbami. Takže kdykoliv tato amfidů houbu sní, chemické pigmenty brání pelichání a amfidů nakonec zemře.

Vliv životního prostředí na barvu

Aposematismus je varovné zbarvení, které signalizuje potenciálním predátorům, aby se drželi stranou. U mnoha chromodrorových nudibranchů přijímají nechutné a toxické chemikálie emitované z houbiček a ukládají je do svých odpudivých žláz (umístěných kolem okraje pláště). Predátoři nudibranchů se naučili těmto určitým nudibranchům vyhýbat na základě jejich jasných barevných vzorů. Kořisti se také chrání svými toxickými sloučeninami od různých organických a anorganických sloučenin.

Fyziologické aktivity pigmentu

Pigmenty mořských živočichů rozdělují několik různých účelů, kromě obranných rolí. Je známo, že některé pigmenty chrání před UV zářením (viz fotoprotektivní pigmenty.) U nudibranche Nembrotha Kubaryana bylo zjištěno, že tetrapyrrolový pigment 13 je silným antimikrobiálním činidlem. Také u tohoto tvora tamjaminy A, B, C, E a F (obrázek 79a-e) prokázaly antimikrobiální, protinádorové a imunosupresivní aktivity.

Sesquiterpenoidy jsou známy pro své modré a fialové barvy, ale bylo také hlášeno, že vykazují různé bioaktivity, jako jsou antibakteriální, imunoregulační, antimikrobiální a cytotoxické, stejně jako inhibiční aktivitu proti dělení buněk v oplodněných vajíčkách mořského ježka a askidiánu. Bylo prokázáno, že několik dalších pigmentů je cytotoxických. Ve skutečnosti dva nové karotenoidy, které byly izolovány z houby zvané Phakellia stelliderma, vykazovaly mírnou cytotoxicitu proti myším leukemickým buňkám. Další pigmenty s lékařským využitím zahrnují scytonemin, topsentiny a debromohymenialdisin mají několik olověných sloučenin v oblasti zánětu, revmatoidní artritidy a osteoartritidy. Existují důkazy, že topsentiny jsou silnými mediátory imunogenní inflace a topsentin a scytonemin jsou silnými inhibitory neurogenního zánětu.

Různé nemoci a abnormální stavy, které zahrnují pigmentaci vznikají u lidí a zvířat, buď z nepřítomnosti nebo ztráty pigmentace nebo pigmentových buněk, nebo z nadměrné produkce pigmentu.