Антоцианы

На картинке — листья клена остролистого (Acer platanoides), уже почувствовавшего наступление осени.

Красный цвет листьев обуславливается разрушением зеленого пигмента хлорофилла и накоплением красных растительных пигментов — антоцианов.

Всё буйство красок осени обусловлено двумя группами растительных пигментов. За золотую окраску лесов отвечает первая группа окрашенных соединений — желтые и оранжевые каротиноиды, которые также можно найти и в моркови, и в грибах-лисичках. Источником же багреца являются антоцианы, способные принимать оттенки от красного до пурпурного. Антоцианы растворимы в воде и, кроме осенней багряной листвы, встречаются в цветах и плодах растений. Высоким содержанием антоцианов могут похвастаться земляника, черника, черная и красная смородина и краснокочанная капуста. Цвет антоцианов зависит от уровня кислотности среды и содержания некоторых металлов. Высокая чувствительность этих пигментов к факторам окружающей среды не позволяет использовать антоцианы как красящие вещества. Все плюсы антоцианов, которые могли бы позволить применять их как натуральные пищевые красители, — растворимость в воде и высокая интенсивность окраски в малых дозах, в которых они безопасны для человека, — перечеркивается тем, что они меняют цвет при изменении рН среды и/или наличия ионов некоторых металлов.

Скелет всех молекул антоцианов представлен двумя бензольными циклами и третьим циклом, содержащим в качестве гетероатома кислород. С трициклическим скелетом антоциана связан углеводный остаток (как правило, остаток глюкозы). Вещества, обладающие тем же самым трициклическим скелетом, но не содержащие в своем составе углеводный фрагмент, называются антоцианидинами и тоже представляют собой растительные пигменты. Растительные пигменты окрашены благодаря тому, что в них чередуются одинарные и двойные связи углерод-углерод, что приводит к появлению системы сопряжения, которую относят к хромофорам — структурным элементами веществ, обуславливающим их цветность.

Схематичное строение молекулы антоциана. А и В — бензольные циклы, С — цикл, содержащий в качестве гетероатома кислород

В отличие от каротиноидов, которые появляются в молодой листве одновременно с хлорофиллом — весной и летом, — антоцианы начинают накапливаться только в осенней листве, обычно отличающейся повышенным содержанием растительных углеводов. Осенью с уменьшением светового дня и подготовкой лиственного дерева к зимовке происходит реадсорбция наиболее важных для него питательных элементов из листьев в ветви и ствол, что приводит к разрыву связи между хлорофиллом и белками, способствующими процессу фотосинтеза. В свободной, не связанной с белками форме хлорофилл фототоксичен, и воздействие солнечного света на свободный хлорофилл может существенно повредить дереву. Чтобы это не произошло, в растении запускаются процессы, способствующие разрушению хлорофилла, его зеленая окраска исчезает, прекращая маскировать желтые и красные цвета каротиноидов и антоцианов.

Химическое строение растительных пигментов и их взаимосвязь друг с другом установил немецкий химик Рихард Мартин Вильштеттер, которому в 1915 году за «...исследования красящих веществ растительного мира...» была присуждена Нобелевская премия по химии. Из-за Первой мировой войны получить премию и прочитать Нобелевскую лекцию Вильштеттер смог только в 1920 году.

Вильштеттер выяснил, что все пигменты-антоцианы являются производными трех близких по строению антоцианидинов — пеларгонидина, цианидина и дельфинидина. Цианидин, связываясь с двумя остатками глюкозы, образует пигмент, который обуславливает цвет лепестков роз, васильков и маков. Окрашенное соединение, образующееся при взаимодействии цианидина с одной молекулой глюкозы, содержится в астрах и хризантемах. В герани и красном винограде содержатся производные пеларгонидина и дельфинидина соответственно.

Пеларгонидин, цианидин, дельфинидин

В своей Нобелевской лекции Вильштеттер упомянул и такой факт: он и его студенты планировали продолжить исследование растительных пигментов осенью 1914 года, но началась Великая война, и стало не до работы с растительными пигментами. Поэтому, как только астры, посаженные весной для экспериментов, зацвели, Вильштеттер и те из его сотрудников, кого не призвали в армию, отнесли охапки этих цветов раненым солдатам в госпиталя.

Антоцианы нельзя использовать в качестве пищевых красителей, но все же эти соединения интересны нам не только как вещества, дающие окраску цветам и осенней листве. Антоцианы являются сильными антиоксидантами. Как показывают медицинские исследования, эти растительные пигменты, особенно в сочетании с другими пигментами — флавоноидами — позволяют предотвратить такие неинфекционными заболеваниями, как диабет, сердечно-сосудистые заболевания и некоторые виды рака, или облегчить их протекание.