생물학적 색소

Biological pigment
새싹은 psittacofulvin 색소에서 노란색을, 녹색은 같은 노란색 색소와 파란색 구조 색소의 조합에서 얻습니다.배경에 있는 파란색과 흰색 새는 노란색 색소가 부족하다.두 마리 새의 검은 반점은 검은 색소인 유멜라닌 때문이다.

단순히 색소나 바이오크롬으로도 [1]알려진 생물학적 색소는 선택적 색소 흡수에 기인하는 색을 가진 살아있는 유기체에 의해 생성되는 물질이다.생물학적 색소는 식물성 색소와 꽃성 색소를 포함한다.피부, 눈, 깃털, 털 그리고 머리카락과 같은 많은 생물학적 구조들은 색소 세포라고 불리는 특수 세포에 멜라닌과 같은 색소를 포함하고 있습니다.어떤 종에서는,[2] 색소는 개인의 일생 동안 매우 오랜 기간에 걸쳐 축적된다.

안료 색상은 모든 시야각에서 동일하다는 점에서 구조 색상과 다른 반면, 구조 색상은 선택적 반사 또는 무지개의 결과이며, 일반적으로 다층 구조로 인해 발생합니다.예를 들어, 많은 나비들이 [3]색소를 포함한 세포를 가지고 있지만, 나비 날개는 전형적으로 구조적인 색깔을 가지고 있다.

생물학적 색소

이러한 분자들이 색소를 가지도록 하는 전자 결합 화학의 켤레 시스템을 참조하십시오.

식물의 색소

엽록소 분자의 공간을 채우는 모델입니다.
안토시아닌은 이 팬지들에게 보라색 색소 침착을 준다.

식물에서 색소의 주요 기능은 광합성인데, 이것은 녹색 색소 엽록소와 가능한 [4][5]한 많은 빛 에너지를 흡수하는 여러 가지 색소를 사용합니다.색소는 또한 색소의 축적이나 손실이 꽃 색깔의 변화를 가져올 수 있는 수분 작용에 있어서 어떤 꽃이 보람 있고 꽃가루와 [6]과즙을 더 많이 포함하고 있는지를 꽃가루 매개자에게 알려주는 역할을 하는 것으로 알려져 있습니다.

식물 색소는 포르피린, 카로티노이드, 안토시아닌, 베타린과 같은 많은 분자를 포함합니다.모든 생물학적 색소는 다른 파장을 반사하면서 특정 파장의 [4][5]빛을 선택적으로 흡수한다.

주요 색소는 다음과 같습니다.

  • 엽록소는 식물의 주요 색소이다. 엽록소는 대부분의 녹색을 반사하면서 파란색과 빨간색 파장의 빛을 흡수하는 클로로린이다.식물에게 초록색을 주는 것은 엽록소의 존재와 상대적 풍부함이다.모든 육지 식물과 녹조는 이 색소의 두 가지 형태를 가지고 있다: 엽록소 a와 엽록소 b.켈프, 규조류, 그리고 다른 광합성 헤테로콘트들은 b 대신에 클로로필 c를 포함하고 있는 반면, 홍조는 클로로필 a만을 가지고 있다.모든 엽록소는 식물이 광합성을 촉진하기 위해 빛을 차단하는 데 사용하는 주요 수단 역할을 한다.
  • 카로티노이드는 빨간색, 주황색 또는 노란색 테트라테페노이드입니다.광합성 과정에서 광수확(부착색소)과 광보호(광산화손상 방지를 위한 비광화학 담금질에 의한 에너지 소실 및 싱글렛 산소 소실) 기능을 가지며 단백질 구조 요소로서도 기능한다.고등 식물에서, 그것들은 또한 식물 호르몬인 아브시스산의 전구체 역할을 한다.
  • 베타린은 빨간색 또는 노란색 색소입니다.안토시아닌처럼 수용성이지만 안토시아닌과는 달리 티로신에서 합성됩니다.이 종류의 색소는 선인장과 아마란스를 포함한 카리오필라스에서만 발견되며 안토시아닌을 [5]가진 식물에서는 절대 공존하지 않습니다.베타린은 비트의 진한 붉은색을 유발한다.
  • 안토시아닌은 pH에 따르면 빨간색에서 파란색으로 보이는 수용성 플라보노이드 색소이다.그것들은 잎, 식물 줄기, 뿌리, 꽃, 과일의 색을 제공하면서 고등 식물의 모든 조직에서 발생하지만, 항상 눈에 띄기에 충분한 양이 있는 것은 아니다.안토시아닌은 많은 [5]종의 꽃잎에서 가장 많이 볼 수 있다.

일반적으로 식물은 6가지 유비쿼터스 카로티노이드를 포함한다: 네옥산틴, 비올락산틴, 안테락산틴, 제악산틴, 루테인 및 β-카로틴.[7]루테인은 과일과 야채에서 발견되는 노란색 색소이며 식물에서 가장 풍부한 카로티노이드입니다.리코펜은 토마토의 색을 담당하는 붉은 색소입니다.식물에서 덜 흔한 다른 카로티노이드는 루테인 에폭시드, 락투카산틴, 그리고 [8]알파 카로틴을 포함합니다.

부건빌라는 꽃잎에서 색을 얻는다.

특히 식물의 색소침착의 현저한 징후는 가을철에 몇 주 동안 빨강, 노랑, 보라, [9]갈색의 다양한 음영을 띠는 많은 낙엽성 나무와 관목의 보통 녹색 잎에 영향을 미치는 현상인 가을 잎과 함께 나타난다.

클로로필은 비형광성 클로로필 이화물로 알려진 무색의 테트라피롤로 분해된다.[10]우성 클로로필이 분해됨에 따라 황색 크산토필과 오렌지색 베타카로틴의 숨겨진 색소가 밝혀진다.이 색소들은 일년 내내 존재하지만, 붉은 색소인 안토시아닌은 엽록소의 약 절반이 분해되면 새로 합성된다.광수확 복합체의 분해로 방출된 아미노산은 내년 봄까지 나무의 뿌리, 가지, 줄기, 줄기에 저장돼 있다가 다시 잎을 내는데 재활용된다.

조류의 색소

조류는 매우 다양한 광합성 유기체로 수생 생물이라는 점에서 식물과 다르다. 그들은 혈관 조직을 나타내지 않고 배아를 생성하지 않는다.하지만, 두 종류의 유기체는 광합성 색소의 소유를 공유하는데, 광합성 색소는 나중에 세포에 의해 사용되는 에너지를 흡수하고 방출한다.클로로필 외에, 이러한 색소는 피코빌리프로틴, 푸코산틴, 잔토필, 카로틴으로, 빛의 에너지를 가두어 산소 광합성 반응을 시작하는 1차 색소로 이끄는 역할을 합니다.

디노플라겔레이트 같은 조류의 광영동물은 광수확 색소로 페리디닌을 사용한다.카로티노이드는 광합성 반응 센터와 광수확 복합체와 같은 엽록소 결합 단백질에서 복합체로 발견될 수 있는 반면, 시아노박테리아의 오렌지색 카로티노이드 단백질과 같은 전용 카로티노이드 단백질에서도 발견됩니다.

표 1. 조류의 색소
그룹. 안료
녹조 ·클로로필 a 및 b
홍조류 ·클로로필 a

- 피코빌리포틴

·피코에리스린 레드 퍼플 색소로, 레드 퍼플 색소가 우세한 종입니다.

황금조류 및 갈색조류 ·클로로필 a 및 c

- 크산토필

- 푸콕산틴

세균 내 색소

박테리아는 카로티노이드, 멜라닌, 비올라신, 탕비오신, 피시아닌, 악티노르호딘, 그리고 제아산틴과 같은 색소를 생산한다.시아노박테리아는 피코시아닌, 피코에리스린, 스키토네민, 클로로필 a, 클로로필 d, 클로로필 f를 생산합니다.보라색 유황 박테리아는 박테리오클로로필 a와 박테리오클로로필 [11]b를 생성한다.시아노박테리아에는 칸탁산틴, 미옥산토필, 시네콕산틴, 에키네논과 같은 다른 많은 카로티노이드가 존재한다.

표 2
그룹. 안료
시아노박테리아속 ·클로로필 a, 클로로필 d, 클로로필 f

-피코시아닌 청록색 색소, 시아노박테리아 우성 색소

- 알로피코시아닌

- 피코에리트린

-사이토닌

-시아노필신

-카로테노이드

보라색세균 -박테리오클로로필 a 및 b
녹색세균 ·박테리오클로로필 c 및 e
크로모박테륨 - 바이올린
스트렙토미세스 - 멜라닌
미크로모노스포라속 -안트라퀴논

동물의 색소

색소침착은 많은 동물들에 의해 보호, 위장, 모방 또는 경고 색칠을 위해 사용됩니다.물고기, 양서류, 두족류를 포함한 몇몇 동물들은 색소 색소세포를 사용하여 배경에 따라 다양한 위장 기능을 제공한다.

색소 침착은 구애와 생식 행동과 같이 동물들 사이의 신호 전달에 사용됩니다.예를 들어, 어떤 두족류는 의사소통을 위해 색소체를 사용한다.

포토피그먼트 로돕신은 빛을 감지하는 첫 번째 단계로서 빛을 차단한다.

멜라닌과 같은 피부 색소는 자외선에 의한 햇빛으로부터 조직을 보호할 수 있다.

그러나 혈액에서 산소를 운반하는 데 도움을 주는 헴 그룹과 같은 동물의 일부 생물학적 색소는 우연의 결과로 착색된다.색상은 보호 기능이나 신호 기능이 없습니다.

질병 및 상태

색소침착이나 색소세포의 부재 또는 손실 또는 색소의 과잉 생산으로 인해 인간과 동물에게 색소침착과 관련된 다양한 질병과 이상 조건이 있다.

  • Albinism은 멜라닌의 전체 또는 부분적인 손실을 특징으로 하는 유전 질환이다.알비니즘으로 고통 받는 인간과 동물은 "알비니스트"라고 불립니다.
  • "물고기 비늘병"이라고도 불리는 층상어증은 멜라닌의 과잉 생산 증상 중 하나인 유전 질환이다.피부는 평소보다 검고, 검고, 비늘이 많고, 건조한 패치가 특징입니다.
  • 멜라스마는 호르몬 변화에 영향을 받아 얼굴에 짙은 갈색 색소가 나타나는 질환이다.임신 중에 일어나는 것을 임신의 가면이라고 합니다.
  • 안구 색소침착은 눈에 색소가 축적된 것으로, 남토동토 [12]약물에 의해 발생할 수 있다.
  • 백반증은 피부 일부에서 멜라닌사이트라고 불리는 색소를 생성하는 세포가 손실되는 상태를 말한다.

해양동물의 색소

카로티노이드 및 카로티노단백질

카로티노이드는 [13]자연에서 발견되는 가장 흔한 색소 그룹이다.600가지 이상의 카로티노이드가 동물, 식물, 미생물에서 발견됩니다.

동물들은 그들만의 카로티노이드를 만들 수 없기 때문에 이러한 색소를 위해 식물에 의존한다.카로틴 단백질은 특히 해양 동물들 사이에서 흔하다.이들 복합체는 짝짓기 의식과 위장을 위해 이들 해양 무척추동물의 다양한 색깔(빨강, 보라색, 파랑, 초록 등)을 담당한다.카로텐단백질에는 크게 두 가지 유형이 있습니다.A와 B를 입력합니다.A형은 화학적으로 단순 단백질(당단백질)과 연관된 카로티노이드(크로모겐)를 가지고 있다.두 번째 타입인 B형은 지방 단백질과 연관된 카로티노이드를 가지고 있고 보통 덜 안정적입니다.A형은 해양 무척추동물의 표면(껍질과 껍질)에서 흔히 발견되는 반면, B형은 보통 알, 난소, 그리고 혈액에서 발견됩니다.이러한 카로틴 단백질 복합체의 색상과 특징적인 흡수는 색소와 단백질 서브유닛의 화학적 결합에 기초한다.

예를 들어, 파란색 카로테노프로틴, 린키아닌은 각 [14]복합체당 약 100~200개의 카로테노이드 분자를 가지고 있다.또한 이러한 색소-단백질 복합체의 기능도 화학 구조를 변화시킨다.광합성 구조 안에 있는 카로틴 단백질은 더 흔하지만 복잡합니다.광합성계 밖에 있는 색소-단백질 복합체는 덜 흔하지만 더 단순한 구조를 가지고 있다.예를 들어,[citation needed] 해파리에 있는 파란색 아스타크산틴-단백질은 복합체당 약 100개의 카로티노이드만을 포함하고 있는 벨렐라 벨렐라입니다.

동물에게 흔한 카로티노이드는 아스타산틴으로, 보라색-파란색과 녹색 색소를 발산합니다.아스타크산틴의 색은 단백질과 일정한 순서로 복합체를 형성하여 형성된다.예를 들어 크러스토크린은 단백질과 결합된 약 20개의 아스타크산틴 분자를 가지고 있다.복합체가 들뜸-들뜸 상호작용에 의해 상호작용할 때, 그것은 흡광도 최대치를 낮추어 다른 색소들을 변화시킨다.

바닷가재에는 다양한 종류의 아스타산틴-단백질 복합체가 존재한다.첫 번째는 갑각류에서 발견되는 슬레이트 블루 색소인 크러스타시아닌이다.두 번째는 갑옷의 바깥 층에서 발견되는 노란색 색소인 크러스토크린(최대 409)이다.마지막으로, 지방당단백질과 오보베르딘은 밝은 녹색 색소를 형성하는데 보통 갑각류와 바닷가재[15][16] 알의 바깥 층에 존재한다.

테트라피롤류

테트라피롤은 다음으로 흔한 [citation needed]색소 그룹이다.각 링은 CHNH로44 구성되는 4개의 피롤 링이 있습니다.테트라피롤의 주된 역할은 생물학적 산화 과정에서의 그들의 연결이다.테트라피롤은 전자 수송에 중요한 역할을 하며 많은 효소를 대체한다.그들은 또한 해양 유기체의 조직의 색소 침착에 역할을 한다.

멜라닌

멜라닌은[17] 해양 동물에서 어두운 색소, 황갈색 색소, 노란 색소, 불그스름한 색소를 담당하는 다른 구조를 가진 색소 역할을 하는 화합물의 한 종류이다.그것은 아미노산 티로신이 피부, 머리카락, 눈에서 발견되는 멜라닌으로 전환되면서 생성됩니다.페놀의 호기성 산화로부터 파생된 그것들은 중합체이다.

멜라닌을 함유한 질소와 같은 더 작은 성분 분자의 집합체라는 점을 고려할 때 멜라닌에는 몇 가지 다른 종류가 있습니다.색소에는 티로시나아제의 존재 하에서 티로신의 호기성 산화에 의해 유도되는 흑색 및 갈색 불용성 에우멜라닌과 시스테인 및/또는 글루타티온의 개입에 의한 에우멜라닌 경로의 편차로 발생하는 알칼리 용해성 에우멜라닌의 두 종류가 있다.유멜라닌은 보통 피부와 눈에서 발견됩니다.몇몇 다른 멜라닌들은 멜라노프로틴, 에키노이데아, 홀로투로이드, 그리고 오피로이드 등을 포함한다.이러한 멜라닌은 단순한 바이-다기능성 단량체 중간체의 반복적인 결합 또는 고분자량에서 발생하는 중합체일 수 있다.벤조티아졸과 테트라히드로이소퀴놀린 고리계 화합물은 자외선 흡수 화합물로 작용한다.

생물 발광

심해에서 유일한 광원인 해양 동물들은 화학 발광의 부분 [18]집합인 생물 발광이라고 불리는 가시적인 빛 에너지를 방출합니다.이것은 화학 에너지가 빛 에너지로 변환되는 화학 반응이다.심해동물의 90%가 일종의 생물발광을 생성하는 것으로 추정된다.가시광선 스펙트럼의 많은 부분이 심해에 도달하기 전에 흡수된다는 것을 고려하면, 바다 동물에서 방출되는 빛의 대부분은 파란색과 녹색이다.하지만, 어떤 종들은 빨간색과 적외선을 방출할 수 있고, 심지어 노란색 생물 발광체를 방출하는 것으로 밝혀진 속들도 있다.생물 발광의 방출을 담당하는 기관은 광세포라고 알려져 있다.이 유형은 오징어와 물고기에만 존재하며 포식자로부터 실루엣을 가리는 복부 표면을 비추는 데 사용됩니다.바다 동물에서 광포자의 용도는 색채의 강도를 조절하는 렌즈와 생성되는 빛의 세기와 같이 다릅니다.오징어는 이 두 가지 강도를 모두 조절하는 광구와 색소를 모두 가지고 있다.해파리가 방출하는 빛의 폭발에서 분명한 생물 발광의 원인이 되는 또 다른 것은 루시페린으로 시작해서 발광체로 끝난다.루시페린, 루시페라아제, 소금, 그리고 산소가 반응하고 결합해서 광단백질이라고 불리는 단일 단위를 만듭니다. 광단백질은 Ca+와 같은 다른 분자와 반응할 때 빛을 낼 수 있습니다.해파리는 이것을 방어 기제로 사용한다; 작은 포식자가 해파리를 먹으려고 할 때, 그것은 빛을 번쩍이게 될 것이고, 따라서 더 큰 포식자를 유혹하고 더 작은 포식자를 쫓아낼 것이다.이것은 짝짓기 행동으로도 사용됩니다.

산호초와 말미잘은 형광을 발한다; 빛은 한 파장에서 흡수되고 다른 파장에서 다시 방출된다.이 색소들은 천연 자외선 차단제 역할을 하거나, 광합성을 돕거나, 경고 색소 역할을 하거나, 짝을 유혹하거나, 경쟁자들을 경고하거나, 포식자들을 혼란스럽게 할 수 있습니다.

색소체

색소 세포는 중앙 운동 뉴런에 의해 직접적으로 자극을 받는 색소 변화 세포이다.그것들은 주로 위장하기 위한 빠른 환경 적응에 사용됩니다.그들의 피부의 색소를 바꾸는 과정은 고도로 발달된 단일 색소 세포와 많은 근육, 신경, 신경교합세포와 칼집세포에 의존한다.색소 세포는 수축하고 세 가지 다른 액체 색소를 저장하는 소포를 포함합니다.각각의 색은 적혈구, 흑색구, 잔토포의 세 가지 유형의 색소세포로 나타납니다.첫 번째 유형은 적혈구로, 카로티노이드와 프테리딘과 같은 붉은 색소를 함유하고 있다.두 번째 유형은 멜라닌과 같은 검은색과 갈색 색소를 포함하는 흑색소세포입니다.세 번째 유형은 카로티노이드 형태의 노란색 색소를 포함하는 잔토포어입니다.다양한 색상은 색소체의 다른 층들의 조합에 의해 만들어진다.이 세포들은 보통 피부 아래에 위치하거나 동물의 비늘을 제거한다.세포에 의해 생성되는 색에는 바이오크롬과 스키마토크롬의 두 가지 범주가 있다.바이오크롬은 화학적으로 형성된 미세한 천연 색소이다.그들의 화학조성은 어떤 빛깔을 받아들이고 나머지를 반사하기 위해 만들어졌다.반면 스키마토크롬(구조색)은 무채색 표면으로부터의 빛 반사와 조직에 의한 굴절에 의해 생성되는 색이다.스키마토크롬은 프리즘처럼 작용하여 가시광선을 굴절시키고 주변으로 흩어지게 하는데, 이는 결국 특정한 색의 조합을 반영하게 될 것이다.이러한 범주는 색소세포 내의 색소 이동에 의해 결정됩니다.생리적 색상의 변화는 단기적이고 빠른 것으로, 물고기에서 발견되며, 환경의 변화에 대한 동물의 반응의 결과이다.이와는 대조적으로, 형태학적 색상의 변화는 장기적인 변화이며, 동물의 다른 단계에서 발생하며, 색소세포 수의 변화에 기인한다.색소, 투명도 또는 불투명도를 변화시키기 위해 세포는 형태와 크기를 변화시키고 외피를 늘리거나 수축시킨다.

광보호 안료

UV-A와 UV-B의 피해로 인해 해양 동물들은 자외선을 흡수하고 자외선 차단제 역할을 하는 화합물을 갖도록 진화해 왔다.마이코스포린 유사 아미노산은 310~360nm의 자외선을 흡수할 수 있다.멜라닌은 또 다른 잘 알려진 자외선 차단제이다.카로티노이드와 광색소는 산소 프리라디칼을 억제하기 때문에 간접적으로 광보호 색소로 작용합니다.그들은 또한 푸른 지역에서 빛 에너지를 흡수하는 광합성 색소를 보충한다.

안료의 방어적 역할

동물들은 포식자들을 경고하기 위해 색깔 패턴을 사용하는 것으로 알려져 있지만, 스폰지 색소가 해면을 먹이로 하는 것으로 알려진 양지동물의 털갈이 조절과 관련된 화학 물질을 모방한 것이 관찰되었습니다.그래서 그 양지동물이 스펀지를 먹을 때마다 화학 색소가 털갈이를 막고 결국 양지동물은 죽습니다.

색상에 대한 환경 영향

무척추동물의 색채는 깊이, 수온, 먹이 공급원, 조류, 지리적 위치, 빛 노출, 침전에 따라 달라집니다.예를 들어, 특정 말미잘의 카로티노이드의 양은 우리가 바다 깊숙이 들어갈수록 감소한다.따라서, 깊은 바다에 사는 해양 생물들은 색소가 감소하기 때문에 밝은 지역에 사는 생물들보다 덜 밝다.군생하는 고사양-시아노식물 공생 트리디뎀넘 솔리디움 군락에서는 그들이 살고 있는 광도에 따라 색깔이 다르다.완전한 햇빛에 노출된 군락은 심하게 석회화되고, 두껍고, 하얗습니다.반면 그늘진 곳에 사는 군락은 피코시아닌(빨간색을 흡수하는 돼지)에 비해 피코에리스린(녹색을 흡수하는 돼지)이 많고 얇고 보라색이다.그늘진 군락의 보라색은 주로 조류의 피코빌린 색소 때문인데, 이는 빛의 노출 변화가 군락의 색을 변화시킨다는 것을 의미합니다.

적응형 색채

아포시즘은 잠재적인 포식자들에게 접근하지 말라는 경고색이다.많은 유색동물 누드브란치에서, 그들은 스폰지에서 방출되는 불쾌하고 독성 있는 화학물질을 흡수하여 그들의 혐오샘(맨틀 가장자리 주변에 위치)에 저장합니다.누디브랜치의 포식자들은 밝은 색 패턴에 기초하여 이러한 특정 누디브랜치를 피하는 것을 배웠다.먹이는 또한 다양한 유기화합물과 무기화합물에 이르는 독성화합물에 의해 스스로를 보호한다.

생리 활동

해양 동물의 색소는 방어적인 역할 외에도 여러 가지 다른 목적을 가지고 있습니다.일부 색소는 UV로부터 보호하는 것으로 알려져 있습니다(사진 보호 색소 참조).넴브로사 쿠바리아나에서 테트라피롤 색소 13이 강력한 항균제임을 발견했다.또한 이 생물에서 탐자민 A, B, C, E, F는 항균, 항종양, 면역억제 활성을 보였다.

세스키테르페노이드는 청색과 보라색으로 인식되고 있지만 수정 성게와 석고알의 세포분열을 억제하는 활성뿐만 아니라 항균, 면역조절, 항균, 세포독성 등의 다양한 생체활성도 보이는 것으로 보고되고 있다.몇몇 다른 색소들은 세포독성이 있는 것으로 나타났다.사실, 파켈리아 스텔리더마라고 불리는 스폰지에서 분리된 두 개의 새로운 카로티노이드는 쥐 백혈병 세포에 대해 가벼운 세포독성을 보였습니다.의학적 관여가 있는 다른 색소로는 skytonemin, topentins 및 debromohymenialdisine이 각각 염증, 류마티스 관절염 및 골관절염 분야에서 여러 가지 납 화합물을 가지고 있다.토펜틴이 면역인플레이션의 유력한 매개자이며 토펜틴과 스키토닌은 신경인자성 염증의 강력한 억제제라는 증거가 있다.

사용하다

색소를 추출하여 염료로 사용해도 된다.

색소(아스타크산틴, 리코펜 등)는 식이 보조 식품으로 사용된다.

「 」를 참조해 주세요.

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