Pigment (bioloogia)

Pigmendid bakterites Pseudomonas aeruginosa

Pigment ehk biokroom tähendab bioloogia mõistes looduslikku orgaanilist ühendit, mis neelab nähtavat elektromagnetkiirgust ning tänu sellele omab värvi ise ja muudab värviliseks ka rakud või bioloogilised vedelikud, milles vastav ühend paikneb. Pigmendid esinevad paljudes organismides – nt vetikate kloroplastides, õistaimede kroonlehtedes, lindude sulestikus, imetajate nahas.

Pigmentide olemasolust tingitud värvus vastandub füüsikaliselt nn struktuursele värvusele, mis on tingitud värvilisena paistva materjali (nt soomuste, sulgede vms) mikroskoopilisest struktuurist, mis käitub difraktsioonivõrena. Vaatleja seisukohalt saab pigmendipõhist ning struktuurset värvust eristada eeskätt selle alusel, kas objekti värv muutub, kui muutub vaatleja asukoht objekti suhtes (pigmendipõhine värvus ei muutu, samas struktuurne värvus paistab teistsugusena, kuna silma satub teise lainepikkusega valgus). Samas esineb mitmetes looduslikes objektides nii pigmendipõhise kui struktuurse värvingu kombinatsioon.

Flamingode sulestiku värv tuleneb tegelikult pigmentidest karotenoididest, mis sisalduvad flamingo looduslikus toidus – vetikates ja krevettides. Paljudes loomaaedades pakutakse flamingodele samuti karotenoidide-rikast toidu, et lindude sulestik ei muutuks valgeks.

Pigmentide evolutsionaarsed rollid ja kasutusalad

Sebrad on Aafrika tüüpilisel maastikul hästi nähtavad, mistõttu peab iseloomulikul pigmentatsioonil eksisteerima evolutsionaarselt soodne roll, mis kompenseerib varjevärvuse puudumisega seotud ohtusid.

Pigmentidel on mitmeid funktsioone: näiteks klorofüll võimaldab organismidel teostada fotosünteesi neelatud päikesekiirguse energia arvelt ning melaniin kaitseb organisme UV-kiirguse eest. Mitmed taimede õites ja viljades leiduvad pigmendid omavad ligimeelitavat funktsiooni, et kindlustada tolmeldamist või seemnete levikut. Mõnede loomaliikide puhul on pigmendid olulised sotsiaalse suhtluse ja hierarhia kontekstis (näiteks lõhe soomuste või lõvi lakka tumedam värv kindlustab isendi domineerivat positsiooni). Mõnede pigmentide osavõtul moodustunud mustrite täpne roll või rollide kogum ei ole teada: näiteks sebrade vöötide funktsioon on seni ebaselge, kuigi valitsevaks hüpoteesiks on kaitse putukahammustuste vastu.

Mitmed pigmendid (sh antotsüaniinid, karotenoidid) käituvad antioksüdantidena, reageerides hapnikuga ning kaitstes seega teisi komponente rakus või muus süsteemis oksüdeerumise eest. See võimaldab kasutada pigmente näiteks toidu- ja kosmeetikatööstuses mitte ainult värvi andvate, vaid ka toote säilitamisel stabiilsust tagavate komponentidena.

Antotsüaniinide nimetus tuleneb kreekakeelsetest sõnadest ἄνθος (lill) ja κυάνεος (tumesinine).

Fükoerütriini nimetus tuleneb kreekakeelsetest sõnadest φῦκος (vetikas, adru) ja ἐρῠθρός (punane).

Karotenoidide nimetus tuleneb ladinakeelsest carota – porgand. Lisaks porganditele sisaldavad karotenoide aga ka paljud teised viljad.

Klorofüllide nimetus tuleneb nende värvusest (χλωρός, kreeka k heleroheline). Ka keemiline element kloor on saanud nimetuse selle värvi järgi (kuna lihtainena on kloor roheline gaas), kuid klorofüll ei sisalda tegelikult kloori aatomeid.

Tuntud pigmentide näited

• Antotsüaniinid – flavonoidide hulka kuuluvad veeslahustuvad orgaanilised molekulid, mis leiduvad paljudes taimedes ning annavad nendele punast, sinist või lillat värvust.
• Fükoerütriin – rohevetikates ja punavetikates leiduv valguline pigment, mis omab punast värvust ning tugevaid fluorestseeruvaid omadusi.
• Karotenoidid – arhedes, bakterites, seentes ja taimedes leiduv pigmentide rühm, mis omakorda jaguneb karoteenideks (sisaldavad ainult süsinikku ja vesinikku) ja ksantofüllideks (sisaldavad lisaks ka hapnikku). Karotenoidide molekulidel on iseloomulik paljudest konjugeeritud kaksiksidemetest koosnev keemiline struktuur, mis tingib nende hüdrofoobsust ning kollakat, oranži või punakat värvust.
• Klorofüll – fotosünteesivates organismides leiduv pigmentide perekond, mis neelavad nähtava spektri sinises ja punases osas, omandades seega rohelist värvust. Valguse neeldumise eest vastutav molekuli osa on klorofüllides üsna sarnane, sisaldades alati tetrapürroolset kompleksühendit magneesiumiiooniga (kloriini); muus osas on eri organismide klorofüllide struktuur (st kloriini ümbritsevad valgulised domeenid) suhteliselt erinev.
• Melaniin – polümeerset struktuuri omav vähelahustuvate pigmentide rühm, mis esineb paljudes organismides (bakterites, seentes, loomades) ning mida sünteesitakse aminohappe türosiini oksüdeerimise teel. Melaniinid neelavad nähtavat valgust sinises spektriosas rohkem kui punases, kuid laia neeldumismaksimumi tõttu omavad need pigem musta või pruunikat kui punast värvust. Samuti neelavad melaniinid tugevalt UV-kiirgust, kaitstes organismi DNA-d ioniseeriva kiirguse eest – mis ongi melaniinide põhiliseks funktsiooniks eri organismides. Samas kasutavad mõned organismid melaniinide tugevat tumedat värvust ka teisiti – nii on melaniin värviliseks komponendiks kaheksajalgade tindis.

Melaniini nimetus tuleneb samuti selle värvusest (kreek k μέλας – must, tume). Imetajate ja lindude nahas toodavad melaniini spetsialiseerunud rakud – melanotsüüdid. Liiga suure UV-kiirguse doosi tõttu võivad melanotsüüdid muunduda vähirakkudeks, põhjustades melanoomi.

Põhimõtteliselt saab pigmentide hulka liigitada ka keelikloomade punaverelibledes leiduvat hemoglobiini ning molluskite veres leiduvat hemotsüaniini, kuigi nende valkude põhiline ülesanne on seotud hapnikutranspordiga organismis ning heemi olemasolust tingitud värvus (vastavalt punane või sinine) on pigem kaasuv nähtus.