Pigment

Pigment on keemiline värvaine, mis neelab valikuliselt valgust. Pigmente kasutatakse laialdaselt paljudes tööstusharudes, sealhulgas kunstis, kosmeetikas, toiduainetööstuses, trükkimises, tekstiilitööstuses ja paljudes teistes valdkondades. Pigmendid võivad erineda keemilise struktuuri, päritolu ja värvi poolest. Erinevates valdkondades tähistab "pigment" mitmeid mõisteid: Bioloogias on pigmendid looduslikud värvained, mis annavad koele või muule struktuurile värvuse. Paljud neist omavad ka biokeemilisi või teisi funktsioone, neid nimetatakse kaaspigmentideks. Kaaspigmente on leitud paljude autotroofide kloroplastidest ja tsüanobakteritest. Keemias ja kunstis räägitakse värvipigmentidest, mis võivad päritolult olla nii orgaanilised kui ka anorgaanilised. Taimed kasutavad erinevaid pigmente, et kujundada oma välisilme ja täita olulisi funktsioone. Mõned peamised taimsete pigmentide tüübid hõlmavad klorofülle, karotenoide ja antotsüaniine. Klorofüllid on peamised taimedes leiduvad pigmendid, mis on eluliselt olulised fotosünteesi protsessis. Neid leidub rohkesti taimede rohelistes osades, nagu lehed ja varred, andes taimedele iseloomuliku rohelise värvuse. Klorofülli leidub ka mõnel vee elustiku esindajatel ja mikro organismides. Klorofüll-a on peamine klorofüll taimede fotosünteesi protsessis, mis neelab valgust ja muundab selle energiaks. Peamiselt rohelise värvusega. Klorofüll-b on täiendav klorofüll, mis aitab kaasa valguse neeldumisele ja selle ülekandele klorofüll-a-le. Selle värvus on veidi sinakam kui klorofüll-a'l. Klorofüll-c ja klorofüll-d on levinud merevetikates. Need neelavad erinevaid valguslainepikkusi, võimaldades fotosünteesi sügavamates vetes. Klorofüll on kloriini pigment, mille struktuur meenutab porfüriinipigmentide oma. Klorofülli kloriiniringi keskel paikneb magneesiumi ioon, mis aitab valgusel neelduda. Karotenoidid moodustavad laia ja mitmekesise grupi orgaanilisi pigmente, mida leidub taimedes, vetikates ja bakterites kuid võib leiduda ka loomades. Need annavad tavaliselt soojasid värve, ehk värve kollasest punaseni. Karotenoidid on tetraterpenoidsed pigmendid, mis jaotuvad kaheks rühmaks: karoteenideks, mis koosnevad ainult süsinikust ja vesinikust, ning nende oksüdeerunud derivaatideks, mida nimetatakse ksantofüllideks. Alfakaroteen ja beetakaroteen on kaks karotenoidi, mis kuuluvad A-vitamiini eelkäijate hulka. Need mängivad olulist rolli organismi tervise ja immuunsüsteemi toetamisel ning neid on leitud erinevatest köögiviljadest ja puuviljadest. Mõlemat leidub näiteks porgandites. Lükopeen on tugev antioksüdant, mis aitab neutraliseerida vabu radikaale organismis. See annab mitmetele punastele ja roosadele puuviljadele ja köögiviljadele nende iseloomuliku värvi. Seda leidub näiteks tomatites, roosades greipides ja arbuusis. See ei ole seotud A-vitamiini tootmisega. Beetakrüptoksantiin on oranž karotenoid, mis kuulub ksantofüllide rühma. See on tuntud oma antioksüdantsete omaduste poolest ja on struktuuriliselt sarnane beetakaroteenile. Samuti on see üks A-vitamiini protomolekulidest. Seda leidub näiteks apelsinides aga ka munakollases. Kollakas pigment, mis annab sügisel lehtedele kollaka värvuse. Kuigi need karotenoidid on tuntud eelkõige taimsetest allikatest, nagu lehtköögiviljad, leidub neid ka loomsetes kudedes. Need karotenoidid on eriti olulised silma tervisele. Nad asuvad silma võrkkestas ja aitavad kaitsta silma kahjuliku päikesevalguse eest, toetades seeläbi nägemist. Luteiin esineb alati koos zeaksantiiniga. Astaksantiin on punane karotenoid, mida leidub peamiselt vetikates, krillides, lõhes ja teistes mereorganismides. See on tugev antioksüdant, mis aitab kaitsta rakke oksüdatiivse stressi eest. Astaksantiin on eriti tuntud oma põletikuvastaste omaduste poolest. Seda peetakse ka kõige tugevamaks orgaaniliseks antioksüdandiks. Antotsüaniinid on flavonoidid, mis vastutavad taimede erksate ja mitmekesiste värvide eest, näiteks punane, lilla, ja sinine. Need pigmendid on vesilahustuvad ja neid leidub tavaliselt taimede rakuseintes. Loodusest on leitud üle 600 antotsüaniidi. Antotsüaniinide täpsed funktsioonid taimedes ei ole veel täielikult mõistetavad. Nende pigmentide esinemine viljades ja õites mõjutab tolmeldajate ligimeelitamist ning soodustab seemnelevikut. Samuti on arvatud, et antotsüaniinid aitavad taimedel vastu seista stressi tingimustele, näiteks UV-kiirgusele või patogeenidele. Antotsüaniinid ei ole, erinevalt karotenoididest, lehes kogu kasvuperioodi jooksul püsivalt esindatud, vaid neid toodetakse aktiivselt suve lõpus. Nende tekkimine sõltub suhkru lagunemisest valguse juuresolekul, ning ka lehes oleva fosfori hulgast.. Sügiseste oranžide lehtede ilmumine on tulemus antotsüaniinide ja karotenoidide koostoimest. Fükobiliproteiine liigitatakse enamasti kolmeks allofükotsüaniin, fükotsüaniin ja fükoerütriin. Need mängivad olulist rolli sinivetikate, punavetikate, neelvetikate ja glaukotsüstofüütide fotosünteesi protsessis, olles peamised valgust neelavad pigmendid. Need antennpigmentid neelavad valgust nähtava spektri rohelises piirkonnas, kus klorofülli neeldumine on nõrgem. Nende ülesanne on ergastuse ülekandmine klorofüll a molekulile, aidates optimeerida valguse energia kogumist ja sellega parandades fotosünteesi efektiivsust. Loomsed pigmendid on enamasti jagatud kromatoforideks. Kromatoforid on rakud, mis toodavad värvi ja on pigmenti sisaldavad rakud või rakkude rühmad. Neid leidub mitmesugustes loomades, sealhulgas kahepaiksetes, kalades, roomajates, vähkides ja kaheksajalgades. Sõltuvalt sellest eristatakse erinevaid tüüpe. Näiteks ksantofoorid kannavad kollast pigmenti, melanofoorid musta pigmenti, erütrofoorid punast pigmenti, leukofoorid valget pigmenti ja tsüanofoorid sinist pigmenti. Melaniin on pigmentide grupp, mis annavad värvi juustele, nahale ja silmadele. Need on biopolümeerid, mis sisaldavad erinevaid struktuure ja mängivad olulist rolli organismide välimuse mitmekesisuses. Melaniine on viit põhitüüpi: eumelaniin, feomelaniin, neuromelaniin, peamiselt seentes leiduv allomelaniin ja bakterites leiduv püomelaniin. Kui organismis on liigselt melaniini, siis tekib melanism. Kui melaniini on liiga vähe siis tekib albinism. Eumelaniin on valguse tõhus neelaja; pigment suudab hajutada üle 99,9% neelatud UV-kiirgusest. Selle omaduse tõttu arvatakse, et eumelaniin kaitseb naharakke UVA- ja UVB-kiirgusest põhjustatud kahjustuste eest, vähendades foolhappe ammendumise ja dermaalse lagunemise riski. Eumelaniin on põhiline melaniin, mis annab inimestele neile omase nahavärvuse. Eumelaniine on kaks, must ja pruun. Väike kogus musta eumelaniini, kui teisi pigmente pole, põhjustab halli juuksevärvi. Väike kogus pruuni eumelaniini, kui teisi pigmente pole, põhjustab blondi juuksevärvi. Feomelaniinid annavad erinevaid kollakaid kuni punakaid värvitoone. Neid leidub eriti huultes ja suguelundites. Kui juustesse seguneb väike kogus pruuni eumelaniini, mis muidu põhjustaks blondi juuksevärvi, koos punase feomelaniiniga, on tulemuseks oranžid juuksed, mida tavaliselt nimetatakse "punaseks". Feomelaniin on samuti olemas nahas, mis annab punapeadele sageli roosakama naha. Neuromelaniin annab teatud aju osadele, näiteks mustaine või locus coeruleus, erilise värvuse. See on melaniini tüüp ja sarnaneb teiste perifeersete melaniini vormidega. Neuromelaniin ei lahustu orgaanilistes ühendites ja seda saab värvida hõbedaga. Seda nimetatakse neuromelaniiniks selle funktsiooni ja värvuse muutuse tõttu, mis ilmneb kudedes, kus seda leidub. Porfüriinid on orgaanilised molekulid, mis mängivad olulist rolli paljudes bioloogilistes protsessides, eriti seoses hapniku sidumise ja transportimisega. Need on tasapinnalised ja keerulise struktuuriga orgaanilised ühendid. Porfüünid, mille keskel on raua aatom kutsutakse hemoglobiiniks ja müoglobiiniks. Raua aatom annab neile punaka värvuse. Porfüriinid, kus raua rühm on vase rühmaga asendatud kutsutakse hemotsüaniiniks. See annab molluskite verele sinise värvuse. Biliverdiin on metaboliit, mida toodab heemi lagundav hemioksügenaasi ensüüm. See annab verevalumitele paranedes rohelise värvuse. Anorgaanilised pigmendid on keemilised ühendid, mis ei sisalda orgaanilisi süsivesinikke. Need pigmendid on mineraalsed või sünteetilise päritoluga ja neid leidub mitmesugustes looduslikes allikates või on valmistatud laboritingimustes. Anorgaanilisi pigmente iseloomustab sageli nende vastupidavus, stabiilsus ja erksad värvitoonid. Selle tõttu kasutatakse neid sageli värvipigmentidena. Pigmentatsioon Luminestsents "Chlorophyll". www.chm.bris.ac.uk. Vaadatud 15. novembril 2023. "Photosynthetic Pigments". ucmp.berkeley.edu. Originaali arhiivikoopia seisuga 15. november 2023. Vaadatud 15. novembril 2023. Jeffrey, S. W. (1976-09). "THE OCCURRENCE OF CHLOROPHYLL C 1 AND C 2 IN ALGAE 1". Journal of Phycology (inglise). 12 (3): 349–354. DOI:10.1111/j.1529-8817.1976.tb02855.x. ISSN 0022-3646. {{ajakirjaviide}}: kontrolli kuupäeva väärtust: |kuupäev= (juhend) Manning, Winston M.; Strain, Harold H. (1943-11). "CHLOROPHYLL D, A GREEN PIGMENT OF RED ALGAE". Journal of Biological Chemistry (inglise). 151 (1): 1–19. DOI:10.1016/S0021-9258(18)72109-1. {{ajakirjaviide}}: kontrolli kuupäeva väärtust: |kuupäev= (juhend) Yabuzaki, Junko (1. jaanuar 2017). "Carotenoids Database: structures, chemical fingerprints and distribution among organisms". Database (inglise). 2017. DOI:10.1093/database/bax004. ISSN 1758-0463. PMC 5574413. PMID 28365725.{{ajakirjaviide}}: CS1 hooldus: PMC vormistus (link) Li, Chaoyang; Ford, Earl S.; Zhao, Guixiang; Balluz, Lina S.; Giles, Wayne H.; Liu, Simin (28. märts 2011). "Serum α-Carotene Concentrations and Risk of Death Among US Adults: The Third National Health and Nutrition Examination Survey Follow-up Study". Archives of Internal Medicine (inglise). 171 (6). DOI:10.1001/archinternmed.2010.440. ISSN 0003-9926. Biesalski, Hans K.; Chichili, Gurunadh R.; Frank, Jürgen; von Lintig, Johannes; Nohr, Donatus (2007), "Conversion of β‐Carotene to Retinal Pigment", Vitamins & Hormones (inglise), Elsevier, kd 75, lk 117–130, DOI:10.1016/s0083-6729(06)75005-1, ISBN 978-0-12-709875-3, vaadatud 15. novembril 2023 "Carotenoids | Linus Pauling Institute | Oregon State University". web.archive.org. 21. mai 2017. Originaali arhiivikoopia seisuga 21. mai 2017. Vaadatud 15. novembril 2023.{{netiviide}}: CS1 hooldus: robot: algse URL-i olek teadmata (link) Lorenzo, Y.; Azqueta, A.; Luna, L.; Bonilla, F.; Dominguez, G.; Collins, A. R. (8. oktoober 2008). "The carotenoid -cryptoxanthin stimulates the repair of DNA oxidation damage in addition to acting as an antioxidant in human cells". Carcinogenesis (inglise). 30 (2): 308–314. DOI:10.1093/carcin/bgn270. ISSN 0143-3334. Bernstein, Paul S.; Li, Binxing; Vachali, Preejith P.; Gorusupudi, Aruna; Shyam, Rajalekshmy; Henriksen, Bradley S.; Nolan, John M. (2016-01). "Lutein, zeaxanthin, and meso-zeaxanthin: The basic and clinical science underlying carotenoid-based nutritional interventions against ocular disease". Progress in Retinal and Eye Research (inglise). 50: 34–66. DOI:10.1016/j.preteyeres.2015.10.003. PMC 4698241. PMID 26541886. {{ajakirjaviide}}: kontrolli kuupäeva väärtust: |kuupäev= (juhend)CS1 hooldus: PMC vormistus (link) "Carotenoids". Linus Pauling Institute (inglise). 28. aprill 2014. Vaadatud 15. novembril 2023. Higuera-Ciapara, I.; Félix-Valenzuela, L.; Goycoolea, F. M. (2006-03). "Astaxanthin: A Review of its Chemistry and Applications". Critical Reviews in Food Science and Nutrition (inglise). 46 (2): 185–196. DOI:10.1080/10408690590957188. ISSN 1040-8398. {{ajakirjaviide}}: kontrolli kuupäeva väärtust: |kuupäev= (juhend) Khoo, Hock Eng; Azlan, Azrina; Tang, Sou Teng; Lim, See Meng (2017-01). "Anthocyanidins and anthocyanins: colored pigments as food, pharmaceutical ingredients, and the potential health benefits". Food & Nutrition Research (inglise). 61 (1): 1361779. DOI:10.1080/16546628.2017.1361779. ISSN 1654-6628. PMC 5613902. PMID 28970777. {{ajakirjaviide}}: kontrolli kuupäeva väärtust: |kuupäev= (juhend)CS1 hooldus: PMC vormistus (link) Archetti, Marco; Döring, Thomas F.; Hagen, Snorre B.; Hughes, Nicole M.; Leather, Simon R.; Lee, David W.; Lev-Yadun, Simcha; Manetas, Yiannis; Ougham, Helen J.; Schaberg, Paul G.; Thomas, Howard (2009-03). "Unravelling the evolution of autumn colours: an interdisciplinary approach". Trends in Ecology & Evolution (inglise). 24 (3): 166–173. DOI:10.1016/j.tree.2008.10.006. {{ajakirjaviide}}: kontrolli kuupäeva väärtust: |kuupäev= (juhend) Li, Wenjun; Su, Hai-Nan; Pu, Yang; Chen, Jun; Liu, Lu-Ning; Liu, Qi; Qin, Song (1. märts 2019). "Phycobiliproteins: Molecular structure, production, applications, and prospects". Biotechnology Advances. 37 (2): 340–353. DOI:10.1016/j.biotechadv.2019.01.008. ISSN 0734-9750. Fingerman, Milton (1. aprill 1965). "Chromatophores". Physiological Reviews (inglise). 45 (2): 296–339. DOI:10.1152/physrev.1965.45.2.296. ISSN 0031-9333. Garstang, Walter (1895). "The Chromatophores of Animals". Science Progress (1894-1898). 4 (20): 104–131. ISSN 2059-4968. Cao, Wei; Zhou, Xuhao; McCallum, Naneki C.; Hu, Ziying; Ni, Qing Zhe; Kapoor, Utkarsh; Heil, Christian M.; Cay, Kristine S.; Zand, Tara; Mantanona, Alex J.; Jayaraman, Arthi; Dhinojwala, Ali; Deheyn, Dimitri D.; Shawkey, Matthew D.; Burkart, Michael D. (24. veebruar 2021). "Unraveling the Structure and Function of Melanin through Synthesis". Journal of the American Chemical Society (inglise). 143 (7): 2622–2637. DOI:10.1021/jacs.0c12322. ISSN 0002-7863. Meredith, Paul; Riesz, Jennifer (2004-02). "Radiative Relaxation Quantum Yields for Synthetic Eumelanin ¶". Photochemistry and Photobiology (inglise). 79 (2): 211–216. DOI:10.1111/j.1751-1097.2004.tb00012.x. ISSN 0031-8655. {{ajakirjaviide}}: kontrolli kuupäeva väärtust: |kuupäev= (juhend) Ito, S.; Wakamatsu, K. (2011-12). "Diversity of human hair pigmentation as studied by chemical analysis of eumelanin and pheomelanin". Journal of the European Academy of Dermatology and Venereology (inglise). 25 (12): 1369–1380. DOI:10.1111/j.1468-3083.2011.04278.x. ISSN 0926-9959. {{ajakirjaviide}}: kontrolli kuupäeva väärtust: |kuupäev= (juhend) Slominski, Andrzej; Tobin, Desmond J.; Shibahara, Shigeki; Wortsman, Jacobo (2004-10). "Melanin Pigmentation in Mammalian Skin and Its Hormonal Regulation". Physiological Reviews (inglise). 84 (4): 1155–1228. DOI:10.1152/physrev.00044.2003. ISSN 0031-9333. {{ajakirjaviide}}: kontrolli kuupäeva väärtust: |kuupäev= (juhend) Thody, Anthony J; Higgins, Elisabeth M; Wakamatsu, Kazumasa; Ito, Shosuke; Burchill, Susan A; Marks, Janet M (1991-08). "Pheomelanin as well as Eumelanin Is Present in Human Epidermis". Journal of Investigative Dermatology (inglise). 97 (2): 340–344. DOI:10.1111/1523-1747.ep12480680. {{ajakirjaviide}}: kontrolli kuupäeva väärtust: |kuupäev= (juhend) Fedorow, H; Tribl, F; Halliday, G; Gerlach, M; Riederer, P; Double, K (2005-02). "Neuromelanin in human dopamine neurons: Comparison with peripheral melanins and relevance to Parkinson's disease". Progress in Neurobiology (inglise). 75 (2): 109–124. DOI:10.1016/j.pneurobio.2005.02.001. {{ajakirjaviide}}: kontrolli kuupäeva väärtust: |kuupäev= (juhend) Milgrom, Lionel R. (1. jaanuar 1983). "The facile aerial oxidation of a porphyrin". Tetrahedron. 39 (23): 3895–3898. DOI:10.1016/S0040-4020(01)90892-0. ISSN 0040-4020. Millikan, G. A. (4. september 1933). "The kinetics of blood pigments: hæmocyanin and hæmoglobin". The Journal of Physiology (inglise). 79 (2): 158–179. DOI:10.1113/jphysiol.1933.sp003037. ISSN 0022-3751. PMC 1394950. PMID 16994450.{{ajakirjaviide}}: CS1 hooldus: PMC vormistus (link) Lemberg, Rudolf (1. jaanuar 1934). "Bile pigments. VI. Biliverdin, uteroverdin and oocyan". Biochemical Journal (inglise). 28 (3): 978–987. DOI:10.1042/bj0280978. ISSN 0306-3283. PMC 1253290. PMID 16745490.{{ajakirjaviide}}: CS1 hooldus: PMC vormistus (link)