Лейкопин — пигментная аномалия растений¶

Лейкопин — это пигмент группы каротиноидов, придающий растительным тканям белый или кремовый цвет. В отличие от хлорофилла и большинства других каротиноидов, лейкопин не имеет окраски в видимой части спектра и выполняет преимущественно структурную и запасающую функцию в хлоропластах и хромопластах. Термин происходит от греческих слов λευκός (белый) и πίνος (пигмент, краска). Лейкопин относится к классу тетратерпенов и является ключевым промежуточным соединением в биосинтезе каротиноидов у высших растений, водорослей и некоторых бактерий.

¶Химическая природа

Лейкопин представляет собой бесцветный углеводород с эмпирической формулой C₄₀H₆₄. По строению это ациклический тетратерпен, состоящий из восьми изопреновых звеньев, соединённых в линейную цепь. Молекула содержит ряд сопряжённых двойных связей, однако их количество недостаточно для поглощения света в видимой области — максимум поглощения лейкопина лежит в ультрафиолетовом диапазоне (около 285–300 нм). Именно поэтому в чистом виде вещество не воспринимается человеческим глазом как окрашенное.

Лейкопин является прямым предшественником ликопина — красного пигмента томатов и арбузов, а также участвует в цепочке превращений, ведущих к образованию бета-каротина, зеаксантина и других каротиноидов. Фермент фитоиндесатураза последовательно дегидрирует фитоин до лейкопина, а затем лейкопин десатурируется до ликопина.

¶Биосинтез и роль в растении

Биосинтез лейкопина протекает в пластидах — хлоропластах и хромопластах. Исходным соединением служит геранилгеранилдифосфат, который под действием фермента фитоинсинтазы превращается в фитоин. Далее фитоиндесатураза (у растений) или фитоиндесатураза типа crtI (у бактерий и грибов) катализирует последовательное удаление атомов водорода, приводя к образованию лейкопина.

В растительном организме лейкопин выполняет несколько функций:

• Структурная — участвует в формировании мембран пластид, влияет на их проницаемость;
• Запасающая — служит резервом для быстрого синтеза окрашенных каротиноидов при созревании плодов и старении листьев;
• Фотосинтетическая — в комплексе с белками участвует в сборке светособирающих антенн, хотя сам не поглощает видимый свет;
• Защитная — как промежуточное звено в синтезе антиоксидантов косвенно участвует в нейтрализации активных форм кислорода.

¶Распространение в природе

Лейкопин обнаруживается в тканях большинства фотосинтезирующих организмов. Наибольшие концентрации зафиксированы в:

• молодых листьях и почках, где идёт активный синтез пигментов;
• белых и кремовых лепестках цветков (например, у магнолии, лилии, хризантемы);
• незрелых плодах до начала накопления ликопина и каротинов;
• этиолированных (выросших в темноте) проростках, где хлорофилл не образуется.

У некоторых сортов томатов, перца и цитрусовых мутации в генах десатураз приводят к накоплению лейкопина вместо ликопина, что проявляется в необычной белой или бледно-жёлтой окраске плодов. Такие формы представляют интерес для селекции и генетических исследований.

¶Лейкопин и другие пигменты

Лейкопин занимает промежуточное положение между бесцветными предшественниками (фитоин, фитофлуен) и окрашенными каротиноидами. Сравнительная характеристика основных пигментов этой группы:

¶Значение в науке и практике

Лейкопин широко используется как маркерный метаболит в физиологии растений. По соотношению лейкопина и ликопина судят об активности ферментов каротиногенеза, что важно при изучении созревания плодов, устойчивости к стрессам и действия фитогормонов.

В биотехнологии гены, кодирующие ферменты синтеза лейкопина, применяются для создания трансгенных растений с заданным цветом плодов и повышенным содержанием антиоксидантов. Например, введение генов бактериальных десатураз в рис позволило получить золотистый рис, богатый бета-каротином, — в этой цепочке лейкопин является обязательным промежуточным продуктом.

В пищевой промышленности лейкопин как таковой не используется из-за отсутствия окраски, однако он входит в состав природных каротиноидных комплексов, применяемых как пищевые красители и антиоксидантные добавки.

¶Интересные факты

• Лейкопин был впервые выделен в 1930-х годах при изучении пигментов моркови и томатов.
• Несмотря на отсутствие цвета, лейкопин может флуоресцировать в ультрафиолете, что используется для его обнаружения в тканях.
• У некоторых морских водорослей лейкопин накапливается в больших количествах и участвует в адаптации к недостатку света на глубине.
• Мутации, блокирующие превращение лейкопина в ликопин, лежат в основе создания сортов томатов с белыми и розовыми плодами.