Pigmente

 

Es gibt vier Gruppen von Pigmenten, die der Pflanze nicht nur verschiedene Farben bereitstellen, sondern auch unterschiedliche Funktionen für die Pflanzenbiologie erfüllen:

1) Chlorophyll: Dieses grüne Pigment ist die entscheidende Voraussetzung für die Photosynthese, die Licht und Kohlendioxid (CO2) in Glucose und Sauerstoff (O2) umwandelt. Chlorophyll nutzt die blauen und roten Bereiche der Wellenlänge des Lichts, kann die grünen Bereiche aber schlechter verwerten: Rotes und blaues Licht wird absorbiert, grünes Licht wird reflektiert. Daher sind diejenigen Teile der Pflanze, die Chlorophyll enthalten, grün. Chemisch bestehen die Pigmentmoleküle aus einem Magnesium-Kern mit vier umgebenden Stickstoff-Atomen sowie fünf bis sechs Teilen Sauerstoff, 28 bis 72 Teilen Wasserstoff und 35 bis 55 Teilen Kohlenstoff. Sie sind nicht wasserlöslich, sondern fettlöslich und kommen in der Zelle in den Chloroplasten vor. Der Name kommt aus dem Griechischen: χλωρός (chloros ist „grün“) und φύλλον (phyllon ist das „Blatt“).

2) Flavonoide: Diese wasserlöslichen Pigmente haben als Ausgangsstoff die Aminosäure Phenylalanin, die in höheren Konzentrationen etwa in der Muttermilch von Säugetieren zu finden ist. Es gibt verschiedene Gruppen von Flavonoiden.

2 a) Anthocyanine: Diese Pigmente stellen ein breites Farbspektrum bereit von orange/rot bis violett/blau. Die genaue Farbe wird mitbeeinflusst von anderen Pigmenten, Metall-Ionen und dem pH-Wert (das ändert sich von rot in einer säurehaltigen Umgebung zu blau in basenreicher Umgebung) (Yoshikazu Tanaka/Nobuhiro Sasaki/Akemi Ohmiya: Biosynthesis of plant pigments: anthocyanins, betalains and carotenoids. In: The Plant Journal, 54/2008 , S. 733-749). Anthocyanine kommen besonders in den Blütenblättern vor – sie fehlen bei allen Albiflora-Varietäten von Orchideen. Die von den Anthocyaninen bereitgestellte Farbe hat mehrere biologische Funktionen. Die Pigmentbereiche reflektieren Licht zu Chlorophyll-haltigen Teilen der Pflanze, um so die Produktion von Glucose zu erhöhen. Darüberhinaus schützen die Anthocyanine die sensiblen Teile der Pflanze vor möglicherweise schädlicher Lichtstrahlung, indem sie blau-grünes Licht und die UV-Strahlung absorbieren. Schließlich lockt die Blütenfarbe bestäubende Insekten an. Es gibt wahrscheinlich mehr als 550 verschiedene Anthocyanine. Dazu gehören die ziegelroten Pelargonidin-, die roten Cyanidin- und die blauen Delphinidin-Pigmente.

In einem komplexen Prozess der Biosynthese werden mehr als fünf Enzyme benötigt, um die wasserlöslichen Anthocyanine in den Vakuolen der Zelle zu produzieren. Jede, auch die kleinste Störung im Mechanismus eines dieser Enzyme durch genetische Faktoren oder Umweltbedingungen kann die Produktion von Anthocyaninen stoppen. (Wikipedia:Anthocyanins). Der Name kommt aus dem griechischen ἀνθός (anthos ist die “Blüte”) und κυανός (kyanos bedeutet “blau”).

2 b) Flavone und Flavonole. Diese Flavonoide werden als Ko-Pigmente bezeichnet, weil sie für das menschliche Auge farblos sind, aber die Farbe von Anthocyaninen beeinflussen können. Der Unterschied zwischen beiden besteht darin, dass Flavonole eine zusätzliche Wasserstoff-Sauerstoff-Verbindung in ihrer Molekularstruktur haben. Da sie UV-Licht absorbieren, das von Insekten erkannt wird, geben sie den Blüten Farbe und Muster, um Insekten anzulocken (Tanaka/Sasaki/Ohmiya 2008, S.737). Flavone und Flavonole sind meist in weißen Blütenblättern enthalten. Es gibt bei Pflanzen keine weißen Pigmente, aber weiße Blüten reflektieren das gesamte sichtbare Licht und erscheinen daher weiß. Farblose Flavonoide geben weißen oder cremefarbenen Blüten ‘Tiefe’ (Erich Grotewold: The Genetics and Biochemistry of Floral Pigments. In: Annual Review of Plant Biology 2006, S.770).

Flavone:

Die Molekularstruktur der Flavonoide beruht auf Sauerstoff und flavonesWasserstoff-Sauerstoff-Verbindungen. Je nach den Gruppen R1 und R2 gibt es drei wichtige Flavone: Apigenin (R1 and R2: H), Tricetin (R1 and R2: OH) und Luteolin (R1: OH, R2: H)
flavonols

Flavonole

haben eine zusätzliche Wasserstoff-Sauerstoff-Verbindung. Je nach den Gruppen R1 und R2 gibt es drei wichtige Flavonole: Kaempferol (R1 and R2: H), Myricetin (R1 and R2: OH) und Quercetin (R1: OH, R2: H)

3) Carotinoide: Diese Pigmente, die zur Gruppe der Terpenoide gehören, decken Wellenlängen von Gelb bis Rot ab. Zusammen mit bestimmten roten oder violetten Anthocyaninen ermöglichen sie braune oder bronzefarbene Farbtöne (Grotewold 2006, S.766). Carotinoide können in allen Teilen einer Pflanze vorkommen, sind aber oft von Chlorophyll verdeckt. Wie die Chlorophylle sind sie fettlöslich, ihre Behälter werden als Chromoplasten bezeichnet. Ähnlich wie die Anthocyanine unterstützen sie die Photosynthese und dienen als Schutzschirm gegen schädliche Lichtwellen. Es gibt mehr als 600 Carotenoide, deren chemische Struktur ziemlich komplex ist. Der Zerfall bestimmter Carotinoide hat auch eine wichtige Rolle bei der Produktion von Blütenduftstoffen. Der Name kommt aus dem griechischen καρότον (karoton) und dem lateinischen carota (Karotte).

4) Betalaine: Es gibt zwei verschiedene Gruppen, Die Betacyanine mit Pigmentfarben von Rot bis Violet und die Betaxanthine, die Farben von Gelb bis Orange ermöglichen. Diese Pigmente sind ähnliche wie die Anthocyanine aufgebaut, da sie wie diese wasserlösliche Komponenten in den Vakuolen sind. Sie enthalten aber anders als diese Stickstoff. Betalaine kommen nur in wenigen Pflanzenfamilien vor, Orchideen gehören nicht dazu. Betalaine und Anthocyanine schließen sich gegenseitig aus (Grotewold 2006, S.765). Der Name ist abgeleitet von der Roten Beete (Beta vulgaris) mit ihren tiefrot gefärbten Wurzeln.