ПИГМЕНТЫ

ПИГМЕНТЫ (лат. pigmentum краска) — окрашенные вещества различной химической структуры, широко распространенные в живой природе и выполняющие самые разнообразные биологические функции — перенос и депонирование кислорода и углекислого газа, участие в тканевом дыхании, в окислительно-восстановительных реакциях и фотосинтезе, в механизмах зрения. Пигменты входят в состав биологических мембран, выполняют функции светофильтров, теплоизоляторов и т. д., определяют окраску живых организмов, играющую важную роль в их приспособлении к условиям окружающей среды. Нек-рые П. являются провитаминами. Содержание ряда желчных пигментов (см.) в сыворотке крови и моче служит важным диагностическим тестом при заболеваниях гепатобилиарной системы, болезнях крови и др. Генетически обусловленные нарушения обмена многих П. являются причиной тяжелых наследственных болезней — гемоглобинопатий (см.), заболеваний мышечной и нервной систем, связанных с дефицитом цитохромов b, и др.

Цвет П. обусловлен наличием в их молекулах хромофорных групп, поглощающих свет определенной длины волны в видимой части спектра. Важнейшими из таких П. являются хромопротеиды (см.) — сложные белки, молекула которых состоит из простого белка и окрашенной простетической группы небелкового характера. В качестве простетической группы многие хромопротеиды содержат металлопроизводные порфиринов (см.). Гемоглобин (см.) — пигмент крови позвоночных животных и человека, содержащий железопорфириновый комплекс (гем) и локализованный в эритроцитах,— осуществляет перенос кислорода от органов дыхания к тканям и участвует в переносе углекислоты от тканей к органам дыхания. Миоглобин (см.) — дыхательный пигмент мышц, обеспечивающий депонирование в них кислорода,— также содержит железо-порфирин. К гемсодержащим хромопротеидам относятся и важнейшие окислительные ферменты животных и растений — каталаза (см.) и Пероксидаза (см.), а также Цитохромы (см.), осуществляющие перенос электронов к кислороду в процессе биол, окисления (см. Окисление биологическое). В плазме крови беспозвоночных животных обнаружены содержащие железопорфирин дыхательные пигменты (см.) эритрокруорин, хлорокруорин и геликорубин, а также пигмент гемэритрин, в состав молекулы которого входит железо, но отсутствует порфирии. В крови и лимфе многих беспозвоночных обнаружены голубые или зеленовато-голубые дыхательные П., содержащие медь (гемоцианины). Медь входит также в состав и другого пигмента животного организма, осуществляющего депонирование и транспорт меди, — церулоплазмина — и фермента супероксиддисмутазы. В составе окрашенного белка цитокупреина обнаружены медь и цинк.

В результате распада гема гемоглобина, миоглобина и цитохромов в организме животных и человека образуется особая группа П.— желчные пигменты, к которым относятся билирубин (см.), биливердин, стеркобилин (см.) и уробилин (см.).

К П. относятся широко распространенные в живых организмах белки группы флавопротеидов (см.) — флавиновые дегидрогеназы (см.), содержащие в качестве простетической группы производные рибофлавина (витамина B2): флавинмононуклеотид (ФМН) или флавинадениндинуклеотид (ФАД). В окисленной форме эти П. окрашены в интенсивный желтый цвет, в восстановленной форме — бесцветны. Меланины (см.) — темно-коричневые и черные П. животного происхождения — обнаружены в волосах, коже, перьях, сетчатке глаз и нервной системе позвоночных, а также в организмах некоторых беспозвоночных. Меланины обусловливают окраску тела животных и человека, защищают организм от вредного действия ультрафиолетового излучения, от перегрева в странах с жарким климатом и т. д. Липофусцин (см.) — желто-коричневый пигмент липидной природы — накапливается в различных тканях животных и человека при старении, при повышении метаболической активности организма, гипоксии, некоторых патол. состояниях. Пигменты липидной природы образуются в тканях животных под действием ионизирующей радиации и при малигнизации тканей.

Основная функция растительных П.— осуществление фотосинтеза (см.). Хлорофиллы зеленых растений (см. Xлорофиллы) и бактерио-хлорофиллы фотосинтезирующих бактерий, окрашенные в зеленый цвет, содержащиеся в хлоропластах П. играют центральную роль в процессе фотосинтеза. В основе хим. структуры хлорофиллов лежит комплекс гетероциклической тетрапиррольной системы форбина, родственной пор-фирину, с магнием. Важную группу П. растительного происхождения образуют каротиноиды (см.) — жирорастворимые П. красного, оранжевого и желтого цвета, представляющие собой полиненасыщенные углеводороды терпенового ряда, и их окисленные производные ксантофиллы. Каротиноиды — многофункциональные П. Они принимают участие в фотосинтезе и в хлоропластах сопутствуют хлорофиллу. Каротиноиды, в т. ч. каротин (см.), являются биологически активными соединениями, нек-рые из них обладают свойствами провитамина А и превращаются в витамин А в организме животных и человека. Каротиноиды — источник родопсина (см.) — светочувствительного пигмента фоторецепторов животных и человека, состоящего из-белка опсина и альдегида витамина А — ретиналя (см. Зрительные пигменты). Очевидно, каротиноиды участвуют в депонировании кислорода в живых клетках, а также выполняют защитную функцию, предохраняя растение от вредного действия ультрафиолетового излучения, а хлорофилл — от окисления молекулярным кислородом. Для вспомогательных фотосинтетических П.— фикобилинов, обнаруженных у сине-зеленых водорослей (фикоцианин) и красных водорослей (фикоэритрин),. характерна структура тетрапирро-лов с открытой цепью, напоминающая структуру желчных пигментов. В живых организмах фикобилины находятся в комплексе с белками. К растительным пигментам относятся флавоны (см.) — органические гетероциклические соединения, лежащие в основе многочисленных желтых и оранжевых П. растений (лутеолина, кверцитина, цитрина, рутина, гесперидина). Нек-рые флавоны обладают биологической, в т. ч. и Р-витаминной, активностью. К растительным П. относятся также родственные по хим. структуре флавонам антоцианы (см.) — гликозиды, содержащие моно- или дисахариды и в качестве агликона антоцианидины. Антоцианы клеточного сока, окрашивающие части растений в красный, фиолетовый или синий цвет, не участвуют в фотосинтезе.

Гистохимические методы определения пигментов в тканях

С точки зрения гистохим, определения П. в тканях гистологи делят все П. на три группы: протеиногенные, или тирозин-триптофановые пигменты (меланин и др.), гемсодержащие пигменты (гемоглобин, порфирины, гемосидерин, Гематоидин, билирубин и др.) и липидогенные пигменты (липофусцин, цероид, липохром).

В основе гистохим, выявления гемоглобина лежит обнаружение его гематина (комплекса протопорфирина с Fe3+). Наиболее специфические результаты в этом отношении дает пероксидазная реакция, которая отрицательна с порфиринами, гематоидином и гемосидерином. Чаще всего применяют методы, в которых используются бензидин и фиксированный в формалине материал (см. Лепене способ).

Наиболее надежный гистохим, метод выявления порфиринов основан на способности р-ров этих П. флюоресцировать после облучения ультрафиолетовым светом красным или оранжевым цветом. Гемосидерин в виде желтых или коричневых гранул всегда располагается только внутри клетки; он содержит трехвалентное железо, к-рое легко можно обнаружить гистохимически при помощи реакции Перльса с кислым ферри-цианидом калия (см. Перльса способ). Ткани фиксируют нейтральным формалином, депарафинированные срезы 20—30 мин. обрабатывают свежеприготовленной смесью, состоящей из равных частей 2% р-ра ферри-цианида калия или натрия и 2% соляной к-ты, промывают в дистиллированной воде, докрашивают ядра, еще раз промывают, обезвоживают, просветляют и заключают в канадский бальзам. Места локализации гемосидерина окрашиваются берлинской лазурью в синий цвет.

Гематоидин и билирубин гистохимически обладают общими свойствами, однако морфологически они не идентичны. Гематоидин в отличие от гемосидерина всегда располагается экстрацеллюлярно в виде желтовато-коричневых кристаллов и аморфных зерен. Билирубин в желчном пузыре и в желчных протоках печени обнаруживается в виде ярких оран-жево-желтых аморфных скоплений, или желчных «тромбов». Наиболее специфичным гистохим, методом для выявления билирубина и гематоидина является реакция Гмелина (см. Гмелина проба), при которой на депарафинированные срезы, полученные из кусочков ткани, фиксированной в формалине или спирте, наносится несколько капель смеси, состоящей из равных частей концентрированной азотной к-ты и абсолютного спирта. Срез покрывают покровным стеклом и сразу исследуют под микроскопом; в участках, содержащих билирубин и (или) Гематоидин, наблюдают сначала диффузное зеленое, а затем синее или пурпурное окрашивание. Для гистохим, выявления желчных пигментов может быть также рекомендована реакция Штейна, основанная на окислении этих П. в зеленый биливердин р-ром йода. Производными гематина являются так наз. формалиновый и малярийный пигменты, гистохим, свойства которых идентичны свойствам гематина. Они дают двойное лучепреломление, легко обесцвечиваются 3% перекисью водорода, 90% муравьиной к-той или насыщенным спиртовым р-ром пикриновой к-ты.

Для одновременного выявления липофусцина, гемосидерина и билирубина — основных представителей липидогенных пигментов — Глен-нер (G. G. Glenner) предложил метод трехцветной окраски. Нефиксированные криостатные срезы обрабатывают 5 мин. 2% р-ром феррицианида калия, затем 20 мин. смесью равных частей 2% р-ра феррицианида калия и 5% уксусной к-ты, после промывания в воде выдерживают 15 мин. в 3% р-ре бихромата калия, промывают, окрашивают 20 мин. жировым красным О, еще раз промывают и заключают в канадский бальзам. Липофусцин окрашивается в оранжево-красный цвет, гемосидерин — в синий, билирубин — в темный изумрудно-зеленый цвет. Цероид, также являющийся липидогенным П., выявляется в виде желтых зерен обычно в фагоцитах вокруг больших жировых капель в клетках различных органов; впервые он был обнаружен в печени при циррозе. Цероид хорошо окрашивается жирорастворимыми красителями.

Для гистохим, выявления каротиноидов чаще всего пользуются реакцией с серной к-той или реакцией с р-ром треххлористой сурьмы в хлороформе.

Основные принципы гистохим, выявления меланина связаны с его нерастворимостью в органических растворителях (напр., в этиленхлор-гидрине), а также с его способностью обесцвечиваться сильными окислителями (перекисью водорода, перманганатом калия, треххлористым железом) или восстанавливать аммиачный р-р нитрата серебра до металлического серебра. На последнем свойстве меланина основан метод Массона — Фонтаны, главным этапом которого является последовательная обработка депарафинированных срезов р-рами йода, аммиачного серебра, тиосульфата натрия; при этом меланиновые гранулы окрашиваются в черный цвет. Для идентификации меланина путем обесцвечивания чаще пользуются 0,1% р-ром перманганата калия (обработка депарафинированных, замороженных или криостатных срезов в течение 12—24 час.) или 10% р-ром перекиси водорода (срезы обрабатываются в течение 24—48 час.). Лилли (R. D. Lillie) предложил метод, основанный на том, что в депарафинированных срезах меланин окрашивается в темно-зеленый цвет при обработке срезов р-ром соли двухвалентного железа [срезы в течение 1 часа обрабатывают 2,5% р-ром сернокислого железа (FeSO4-7H2O), затем после промывания в воде в течение 30 мин. выдерживают в 1% р-ре ферроцианида калия, промывают в 1% уксусной к-те, обезвоживают и заключают в канадский бальзам].

См. также Гистохимические методы исследования.



Библиография: Биохимия растений, пер. с англ., под ред. В. JI. Кретовича, М., 1968; В e р т у ш к о в В. Т., Иванов И. И. и T а р у с о в Б. Н. Об образовании пигментов липидной природы в тканях животных при злокачественном росте и облучении, Биофизика, т. 19, в. 2, с. 295, 1974; Г а й e р Г. Электронная гистохимия, пер. с нем., с. 192, 338, М., 1974; Давыдовский И. В. Общая патология человека, М., 1969; Карнаухов В. Н. Функции каротиноидов в клетках животных, М., 1973; Каррер П. Курс органической химии, пер. с нем., Д., 1960; Молекулы и клетки, пер. с англ., под ред. Г. М. Франка, в. 4, с. 136, М., 1969; Пирс Э. Гистохимия, пер. с англ., с. 558, М., 1962; Rapoport S. М. Medizinische Biochemie, В., 1977.



Популярные статьи

Источник: Большая Медицинская Энциклопедия (БМЭ), под редакцией Петровского Б.В., 3-е издание

Поделиться: