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Pigmentos en seres vivos

Los pigmentos biológicos, también conocidos como pigmentos o biocromos[1]​ son sustancias producidas por organismos vivos que tienen un color resultado de la absorción selectiva de color. Los pigmentos biológicos incluyen pigmentos vegetales y pigmentos de flores. Muchas estructuras biológicas, como los ojos, las plumas, la piel y el cabello contienen pigmentos como la melanina en células especializadas llamadas cromatóforo.

El periquito australiano consigue su color amarillo de un psittacofulvin pigmento y su color verde de una combinación del mismo pigmento amarillo y color estructural azul. El periquito azul con blanco del fondo carece del pigmento amarillo. Las marcas oscuras en ambas aves se deben al pigmento negro eumelanin.

El color del pigmento difiere del color estructural, en que es el mismo color sin importar el ángulo desde el que se ve, mientras que el color estructural es el resultado de la iridiscencia o reflexión selectiva, normalmente debido a estructuras de múltiples capas. Por ejemplo, las alas de la mariposa típicamente contienen color estructural, a pesar de que muchas mariposas tienen células que también contienen pigmento.[2]

Pigmentos biológicos

Ver Sistema conjugado para conocer los enlaces del electrón que hacen que estas moléculas tengan pigmento.

Pigmentos en plantas

 
Modelo que llenado espacial de la molécula de clorofila.
 
La antocianina da a estos pensamientos su pigmentación morada.

La función primaria de los pigmentos en las plantas es la fotosíntesis, la cual utiliza el pigmento verde, clorofila junto con varios pigmentos rojos y amarillos que ayudan a capturar tanta energía luminosa como sea posible.

Otras funciones de los pigmentos en las plantas incluyen atraer insectos hacia las flores para alentar la polinización.

Los pigmentos de la planta incluyen una variedad de diferentes clases de molécula, incluyendo porfirina, carotenoides, antocianinas y betalaína. Todo pigmentos biológicos absorbe selectivamente ciertas longitudes de onda de la luz mientras reflejan otras.[3][4]

Los principales pigmentos responsables son:

  • Clorofila: es el pigmento primario en las plantas; es una clorina que absorbe longitudes de onda roja y azules de la luz mientras que refleja el verde. Es la presencia y relativa abundancia de clorofila lo que da el color verde a las plantas. Todos las plantas terrestres y las algas verdes poseen dos formas de este pigmento: clorofila a y clorofila b. La clorofila es el medio principal que usan las plantas para interceptar la luz y llevar a cabo la fotosíntesis.
  • Carotenoides: son terpenos rojos, naranja, o amarillos. Durante el proceso de fotosíntesis, tienen funciones en la recolección de luz (como pigmentos accesorios), en fotoprotección (disipación de la energía mediante un apagado no fotoquímico así como la eliminación del oxígeno singlete para prevenir el daño foto-óxidativo ), también sirven como elementos proteicos estructurales. En plantas más altas, sirven como preformadores de la hormona de planta ácido abscisíco.

Las plantas, en general, contienen seis carotenoides ubicuos: neoxantina, violaxantina, anteraxantina, zeaxantina, luteína y beta caroteno.[5]​ La luteína, es un pigmento amarillo encontrado en frutas y vegetales y es el carotenoide más abundante en plantas. Licopeno, es el pigmento rojo responsable para el color de los tomates. Otros carotenoides menos comunes en las plantas, incluyen a la epoxi-luteína (en muchas especie leñosas), lactucaxanthin (encontrado en la lechuga), y alfa caroteno (encontrado en las zanahorias).[6]​ En las cianobacteria existen otros carotenoides como la cantaxantina, mixoxantófila, sineoxantina, y equinenona. Las algas fotótrofas como los dinoflagellata usan peridina como pigmento para absorber la luz. Mientras que los carotenoides pueden encontrarse unidos dentro de las proteínas que unen a la clorofila tales como los centros de reacción fotosintéticas obligatorias como los centros de reacción fotosintéticos y complejos fotosintéticos, también se encuentran dentro de las proteínas especializadas para carotenoides como la carotenoproteína naranja de cianobacterias.

  • Antocianinas (Literalmente "florecer azul") es un pigmento flavonoide soluble en agua que aparece en el rango del rojo al azul, según el pH. Se encuentran en todos los tejidos de plantas altas, proporcionando color en hojas, raíces de plantas, raíces, flores y frutas, aunque no siempre en cantidades suficientes para ser perceptible. La antocianina es más visible en los pétalos de flores de muchas especies.[4]
 
Las Bráctea de las bugambilias deben su color a la betalaína.
  • Betalaínas: son pigmentos rojos o amarillos. igual que las antocianinas son solubles en agua, pero a diferencia de ellas, estás son sintetizadas por la tirosina. Esta clase de pigmentos se encuentra sólo en los cariofilales (incluyendo el cactus y el amaranto), y nunca se encuentran en plantas que contengan antocianinas.[4]​ También son responsables del color rojo del betabel.

Una manifestación particularmente notable de la pigmentación en plantas se puede observar en el cambio de coloración en otoño, un fenómeno que afecta a las hojas normalmente verdes de muchos arbustos y árboles caducifolios por el cual toman, durante unas cuantas semanas en la estación de otoño, varias sombras de rojos, amarillos, púrpura, y marrón.[7]​ La clorofila se degrada en tetrapirroles incoloros también conocido como catabolitos de clorofila no fluorescentes (NCCs).[8]​ Cuando la predominante clorofila se degrada, se revelan los pigmentos escondidos de xantófilas amarillos y beta-carotenos naranjas. Estos pigmentos están presentes durante el año, pero los pigmentos rojos, las antocianinas, son de nuevo sintetizados una vez que aproximadamente la mitad de la clorofila se ha degradado. Los aminoácidos liberados por la degradación de los complejos fotosínteticos se almacenan durante el invierno en las raíces de árbol, ramas, raíces, y troncos hasta la próxima primavera cuándo se reciclan para volver a la hoja del árbol.

Pigmentos en algas

Las algas son organismos fotosintéticos muy diversos, que se diferencian de las plantas en que son organismos acuáticos, no presentan tejido vascular y no generan embrión. Sin embargo ambos tipos de organismos comparten el poseer pigmentos fotosintéticos, que absorben y liberan energía que posteriormente es utilizada por la célula.[9][10][11]​ Estos pigmentos además de las clorofilas, son las ficobiliproteínas, fucoxantinas, xantofilas y carotenos, que sirven para atrapar la energía de la luz y conducirla al pigmento primario, que se encargará de iniciar las reacciones de fotosíntesis oxigénica.

Las algas llaminariales, diatomeas, y otras heterokontofita fotosínteticas contienen clorofila c en vez de b, mientras las algas rojas poseen sólo clorofila a.

Pigmentos fotosintéticos en los diferentes grupos de algas[12]
Grupo Pigmentos
Algas verdes -Clorofila a y b
Algas rojas -Clorofila a

-Ficobiliproteínas

-Ficoeritrina pigmento rojo-morado, es el dominante en las especies que tienen un color rojo-morado.

Algas pertenecientes a la línea amarilla, diatomeas y algas cafés -Clorofila a y c

-Xantofila

-Fucoxantina

Pigmentos en bacterias

 
Los diferentes pigmentos producidos por cianobacterias les permiten tener adaptaciones a diferentes condiciones de luz

Algunas bacterias producen pigmentos como carotenoides, melanina, violaceína, prodigiosina, piocianina, actinorrodina y zeaxantina. Las cianobacterias producen ficocianina, ficoeritrina, scytonemina, y clorofila a, clorofila d y clorofila f. Las bacterias verdes y púrpuras del azufre producen bacterioclorofila a y bacterioclorofila b. [13]

Pigmentos en bacterias
Grupo Pigmento
Cianobacteria -Clorofila a, Clorofila d y Chlorofila f

-Ficocianina pigmento azul-verde, es el pigmento dominante de las cianobacterias

-Aloficocianina

-Ficoeritrina pigmento rojo-morado, es el dominante en las especies que tienen un color rojo-morado.

-Scytonemina

-Cianoficina

-Carotenoides

Bacterias púrpuras -Bacterioclorofila a y b
Bacterias verdes -Bacterioclorofila c y e
Chromobacterium -Violaceina
Streptomyces -Melanin
Micromonospora -Antraquinona

Pigmentos en animales

La pigmentación es utilizada por muchos animales como un medio para protegerse, mediante el camuflaje, mimetismo, o coloración para advertir a otros animales su toxicidad y así evitar ser depredados. Algunos animales incluyendo peces, anfibios y cefalópodos tienen cromatóforos que usan para camuflarse con el fondo y pasar desapercibidos.

La pigmentación es utilizada entre animales para señalizar, tal como se hace en la selección sexual. Por ejemplo, algunos cefalópodos utilizan sus cromatóforos para comunicarse.

El fotopigmento rodopsina, atrapa la luz como primer paso en la percepción de la luz.

Los pigmentos de la piel como la melanina pueden proteger los tejidos de quemaduras solares por la exposición a radiación ultravioleta.

Aun así, algunas estructuras biológicas en animales, como el grupo hemo, que ayuda transportar oxígeno en la sangre, su color es resultado de su estructura. Su color no tiene una función de protección o de señalización.

Enfermedades y condiciones

Hay una variedad de enfermedades y condiciones anormales en humanos y animales debido a la pigmentación, ya sea por la ausencia o perdida de pigmentación, por células de pigmento o por la producción en exceso de pigmento.

  • Albinismo: es un desorden heredado caracterizado por la pérdida total o parcial de melanina. Humanos y animales que padecen albinismo son llamados albinista (el término albino también es utilizado, pero puede ser considerado como ofensivo cuándo es aplicado a personas).
  • Ictiosisis: también llamada "piel de pez", es una condición heredada en la cual el síntoma es una producción en exceso de melanina. La piel es más oscura de lo normal, y se caracteriza por verse más oscura, escamosa y seca.
  • Melasma: es una condición en qué manchas pigmentación marrón oscuro aparecen en la cara, influida por cambios hormonales. Cuándo ocurre durante un embarazo, esta condición se apellida la máscara de embarazo.
  • La pigmentación ocular es una acumulación de pigmento en el ojo, y puede ser causada por medicación con latanoprost.[14]
  • Vitiligo: es una condición en qué hay una pérdida de células que producen pigmentos llamados melanocitos en partes de piel.

Pigmentos en animales marinos

Carotenoides y carotenoproteínas

Los carotenoides son el grupo más común de los pigmentos encontrados en naturaleza.[15]​ Se han encontrado alrededor de 600 clases diferentes de carotenoides en animales, plantas, y microorganismos.

Los animales son incapaces de producir sus propios carotenoides así que los obtienen estos pigmentos de las plantas. Las carotenoproteinas son especialmente comunes entre los animales marinos. Estos complejos son responsables de varios colores (rojo, púrpura, azul, verde, etc.) que usan estos invertebrados marinos para aparearse en rituales y en camuflaje. Hay dos tipos principales de carotenoproteinas: Tipo A y Tipo B. El tipo A tiene carotenoides (cromógeno) los cuales están estequiómetricamente asociados con una proteína sencilla (glicoproteína). El segundo tipo, Tipo B, tiene carotenoides que están asociados con una lipoproteína y por lo regular es menos estable. Mientras el tipo A es generalmente encontrado en la superficie (conchas y pieles) de invertebrados marinos, el tipo B se encuentra en huevos, ovarios, y sangre. Los colores y la absorción característica de estos complejos de carotenoproteinas se basan en la unión química del cromógeno y de las subunidades proteicas.

Por ejemplo, la carotenoproteina azul, linckcacianina tiene aproximadamente de 100 a 200 moléculas de carotenoides por cada complejo.[16]​ Además, las funciones de este complejo de pigmento-proteína están en función de su estructura química y si esta cambia su función también. Las carotenoproteinas que se encuentran dentro de la estructura fotosintética son más comunes, pero más complicadas así como los complejos de pigmento-proteína que están fuera del sistema fotosintético son menos comunes, pero tienen una estructura más sencilla. Por ejemplo, hay sólo dos de estas proteínas de astaxantina azul en la medusa, Velella velella, que contiene sólo aproximadamente 100 carotenoides por complejo.[cita requerida]

Un carotenoide común en los animales es la astaxanthina, la cual emite un pigmento azul-morado y verde. El color de astaxanthina se forma al crear complejos con proteínas en determinado orden. Por ejemplo, el crustocrin tiene aproximadamente 20 moléculas de astaxantina unidas con proteína. Cuándo los complejos interaccionan por la interacción exciton-exciton, disminuye el máximo de absorbencia, cambiando los diferentes pigmentos de color.

En las langostas, están presentes varios tipos de complejos de astaxanthina-proteína . El primero es la crustacianina (max 632 nm), un pigmento azul encontrado en el caparazón de langostas. El segundo es un es crustocrin (max 409 nm), un pigmento amarillo se encuentra en la capa exterior del caparazón. Finalmente, la lipoglicoproteina y ovoverdina forman un pigmento verde brillante que es está presente normalmente en las capas exteriores del caparazón y en los huevos de langosta.[17][18]

Tetrapirroles

Tetrapirroles, es el segundo grupo más común de pigmentos. Tienen cuatro anillos de pirroles, cada anillo que consta de C4H4NH.[cita requerida] La función principal de los tetrapirroles es su conexión en el proceso biológico de oxidación. Los tetrapirroles tienen una función importante en el transporte de electrones y actúa como un reemplazo para muchas enzimas. Además, también tienen una función en la pigmentación de los tejidos de organismos marinos.

Melanina

La melanina[19]​ es una clase de compuestos que sirve como pigmento con diferentes estructuras responsables de tonos oscuros, bronceados, pigmentos rojizos y amarillentos en animales marinos. Se produce cuando el aminoácido tirosina se transforma a melanina, la cual se encuentra en la piel, cabello, y ojos. Derivada de la oxidación aeróbica de fenoles, los cuales son polímeros.

Hay mucho diferentes tipos de melaninas considerando que son un conjunto de moléculas de componentes más pequeños, como el nitrógeno que contiene melaninas. Hay dos clases de pigmentos: eumelanina insoluble negra y marrón, las cuales son derivadas de la oxidación aeróbica de la tirosina en la presencia de tirosinasa, y la feomelanina alacali-soluble con un rango que va del amarillo al color rojo marrón, surgiendo de la desviación de la ruta de la eumelanina a través de la intervención de cisteína y/o glutatión. La eumelanina normalmente se encuentra en la piel y ojos. Distintas melaninas incluyen melanoproteina (una melanina marrón oscura que está almacenada en altas concentraciones en el saco de tinta de la Sepia Officianalis), echinoidea (encontrado en erizos de mar), holothuroidea (encontrados en pepinos de mar), y ophiuroidea (encontrados en estrellas quebradizas y serpientes). Estas melaninas son posiblemente polímeros qué surgen de repetir acoplamientos de monómeros simple o de altos pesos moleculares. Los sistemas de anillos de compuestos como el Benzotiazol y la tetrahidroisoquinolina actúan como compuestos absorbentes de UV.

Bioluminiscencia

La única fuente de luz en el mar profundo, los animales marinos emiten energía luminosa visible llamada bioluminiscencia, la cual es un subconjunto de quimioluminiscencia.[20]​ Esta es una reacción química donde la energía química se transforma en energía lumínica. Está estimado que 90% de los animales que viven en las profundidades del mar producen alguna clase de bioluminiscencia. Considerando que una gran proporción del espectro de luz visible es absorbida antes de penetrar el mar profundo, la mayoría de la luz emitida por los animales marinos es azule y verde. Aun así, hay algunas especies que pueden emitir una luz roja e infrarroja, incluso se sabe de un género que emite bioluminiscencia amarilla. El órgano responsable de emitir bioluminiscencia se conoce como fotóforos. Este órgano únicamente está presente en calamares y peces, lo utilizan para iluminar sus superficies ventrales, los cuales disfrazan sus siluetas para confundir a los depredador o para atraer presas. Los usos que tienen los fotóforos en los animales marinos difieren, como lentes para controlar la intensidad del color, y la intensidad de la luz producida. Los calamares tienen ambos fotóforos y cromatóforos el cual controla ambas intensidades. Otra cosa que es responsable para la emisión de bioluminiscencia, que es evidente en las ráfagas de luz que emiten las medusas, empieza como una luciferina (un fotogeno) y finaliza como emisor de luz (un fotogogikon.) La luciferina, luciferasa, sal, y el oxígeno al combinarse reaccionan para crear una sola unidad llamada fotoproteínas, los cuales pueden producir luz cuándo reaccionan con otra molécula como el Ca+. La medusa utiliza esto como mecanismo de defensa; cuándo un depredador más pequeño intenta devorar una medusa, esta destellará sus luces, con lo cual atraerá a un depredador más grande quien perseguirá al depredador más pequeño, alejando así a ambos depredadores . También se utiliza durante el apareamiento.

El coral y las anémonas de mar que construyen arrecifes también fluorescen; la luz es absorbida en una longitud de onda, y se refleja en otra. Estos pigmentos pueden actuar como protectores solares naturales, ayudan en la fotosíntesis, sirve para alejar depredadores, para atraer pareja, advertir rivales.

Cromatóforos

Los cromatóforos son células que cambian un pigmento de color al ser directamente estimuladas por neuronas motoras centrales. Son utilizados principalmente para adaptarse al medio ambiente de forma rápida y camuflarse. El proceso de cambiar el color de la pigmentación de su piel recae en una solo célula del cromatóforo altamente desarrollada y muchos músculos, nervios, glail y células de envoltura. Los cromatóforos contienen vesículas que almacenan tres líquidos de pigmentos diferentes. Hay tres tipos de células cromatóforas, cada una indica un color diferente: eritróforos, melanóforos y xantóforos. El primer tipo es el eritróforo, el cual contiene pigmentos rojizos como carotenoides y pteridinas. El segundo tipo son los melanóforos, los cuales contienen pigmentos negros y marrones como las melaninas. El tercer tipo es el xantóforo el cual contiene pigmentos amarillos en forma de carotenoides. De la combinación de diferentes capas de cromatóforos se obtienen distintos colores. Estas células normalmente se localizan debajo de la piel o escama de los animales. Hay dos categorías de colores generados por la célula – biocromo y esquimatocromos. Los biocromos son colores formados químicamente, pigmentos naturales microscópicos . Su composición química está creada para tomar un solo color de la luz y reflejar el resto. En contraste, los esquimatocromos (colores estructurales) son colores que se crean de la reflexión de la luz en una superficie incolora y la refracciones por tejidos. Los esquimatocromos actúan como prismas, refractando y dispersando la luz visible a los alrededores, lo cual eventualmente reflejará una combinación concreta de colores. Estas categorías están determinadas por el movimiento de pigmentos dentro de los cromatóforos. Los cambios fisiológicos de color son rápidos y a corto plazo , estos cambios se encuentran en peces, y es el resultado de la respuesta de un animal a un cambio en el entorno. En contraste, los cambios morfológicos de color son a largo plazo, ocurren en etapas diferentes del animal, se deben al cambio en el número de cromatóforos. Para cambiar los pigmentos de color, transparencia, u opacidad, las células alteran su forma y medida o expanden o contraen su cobertura exterior.

Pigmentos fotoprotectores

Debido al daño provocado por los rayos UV-Un y UV-B, los animales marinos han evolucionado para tener compuestos que absorbe la luz UV que actúan como un protector solar. La micosporina igual que los aminoácidos (MAAs) puede absorber los rayos UV en 310-360 nm. La melanina es otro fotoprotector. Los carotenoides y fotopigmentos, ambos actúan indirectamente como foto-pigmentos protectores, al combatir los radicales libre del oxígeno. También sirven como complementos a los pigmentos fotosintéticos que absorben la energía lumínica en el espectro azul.

Función defensiva de pigmentos

Es sabido que los animales utilizan sus patrones de color para advertir a los predadores, aun así se ha observado que un pigmento de esponja imita un químico el cual implica el control de muda de un anfípodo, el cual se sabes es predador de las esponjas. De tal manera que cuando el anfípodo se comía a la esponja, los pigmentos químicos impiden la muda, y así finalmente el anfípodo muere.

Influencia medioambiental en el color

La coloración en los invertebrados varía sobre la base de la profundidad, temperatura de agua, fuente alimentaria, corrientes, ubicación geográfica, exposición ligera, y sedimentation. Por ejemplo, la cantidad de carotenoides de cierta anémona de mar disminuye al profundizar en el océano. Así, la vida marina que reside en las aguas más profundas es menos brillante que los organismos que viven en áreas con suficiente iluminación debido a la reducción de pigmentos. En las colonias de la simbiosis colonial ascidian-cianofita Trididemnum solidum, sus colores son diferentes dependiendo del régimen de luz en qué viven. Las colonias que están expuestas completamente al sol se calcifican fácilmente, son más gruesas, y se blanquean. En contraste con las colonias que viven en áreas sombreadas, donde hay más ficoeritrina (pigmento que absorbe el color verde) en comparación con la ficocianina (pigmento que absorbe el color rojo), son más delgadas, y de color morado. El color morado de las colonias que se encuentran en la sombra se debe principalmente a la ficobilina (pigmento contenido en las algas), lo que significa que el color de estas colonias cambia dependiendo de la exposición que tengan a la luz.

Coloración adaptativa

El aposematismo, es una coloración de aviso para que los posibles depredadores se mantengan alejados . En muchos nudibranquios cromodoris, toman en desagradables y tóxicas sustancias químicas emitidas por esponjas y las almacenan en sus glándulas repugnatoriales (localizados alrededor del borde de manto). Los predadores del nudibranquio ha aprendido evitar a estos nudibranquios basándose en sus patrones de color brillantes. Las presas también se protegen por sus compuestos tóxicos que van desde lo compuestos orgánicos a los inorgánicos.

Actividades fisiológicas

Los pigmentos de animales marinos sirven para distintos propósitos, además de tener roles defensivos. Algunos pigmentos se sabe protegen contra los rayos UV (ve foto-pigmentos protectores.) En el nudibranquio, Nembrotha Kubaryana, tetrapirrole pigmento 13 ha sido encontrado como un potente agente antimicrobial. También en esta criatura, tamjaminas A, B, C, E, y F han mostrado actividades antimicrobianas, antitumorales e inmonodepresivas.

Los sesquiterpenoides son reconocido por sus colores azules y morados, pero también se ha reportado de exhibir una bioactividad antibacteriana, inmunoregulación, antimicrobiana, y citotóxica, así como la actividad inhibitoria en contra de la división celular en el fecundado erizo de mar y los huevos de ascidian. Muchos otros pigmentos han sido mostrados para ser citotóxicos. De hecho, dos nuevo carotenoides que se aislaron de una esponja llamadaPhakellia stelliderma mostraron una suave citotoxicidad en contra de células de leucemia en el ratón. Otros pigmentos con implicaciones médicas incluyen a scitonemina, topsentinas, y debromohimenialdisina tienen varios compuestos que ayudan en el campo de inflamación, artritis reumatoide y osteoartritis respectivamente. Hay evidencia que las topsentinas son un potente mediador desinflación inmonogénica, y topsentin y scitonemina son potentes inhibidores de la inflamación neurogénica .

Usos

Los pigmentos pueden ser extraídos y utilizados como tintes.

Los pigmentos (como astaxanthina y licopeno)son utilizados como suplementos dietéticos.

Referencias

  1. «biochrome - biological pigment». Encyclopedia Britannica. Consultado el 27 de enero de 2010. 
  2. Stavenga, D. G.; Leertouwer, H. L.; Wilts, B. D. (2014). «Coloration principles of nymphaline butterflies - thin films, melanin, ommochromes and wing scale stacking». Journal of Experimental Biology 217 (12): 2171. doi:10.1242/jeb.098673. 
  3. Grotewold, E. (2006). «The Genetics and Biochemistry of Floral Pigments». Annual Review of Plant Biology 57: 761. doi:10.1146/annurev.arplant.57.032905.105248. 
  4. Lee, DW (2007) Nature's palette - the science of plant color.
  5. Young AJ, Phillip D, Savill J. Carotenoids in higher plant photosynthesis.
  6. García-Plazaola JI, Matsubara S, Osmond CB.
  7. . Archivado desde el original el 3 de mayo de 2015. 
  8. Hortensteiner, S. (2006). «Chlorophyll degradation during senescence». Annual Review of Plant Biology 57: 55-77. PMID 16669755. doi:10.1146/annurev.arplant.57.032905.105212. 
  9. Stanier, R.Y. et al (1992). Microbiología. Reverté. p. 568. 
  10. Des Abbayes, H. et al (1989). Botánica: vegetales inferiores. Reverté. p. 99. 
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  15. Nadakal A. M..
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  18. CHANG, KENNETH.
  19. Bandaranayake, Wickramasinghe.
  20. Webexhibits.

Enlaces externos

  •   Datos: Q910979
  •   Multimedia: Biological pigments

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Los pigmentos biologicos tambien conocidos como pigmentos o biocromos 1 son sustancias producidas por organismos vivos que tienen un color resultado de la absorcion selectiva de color Los pigmentos biologicos incluyen pigmentos vegetales y pigmentos de flores Muchas estructuras biologicas como los ojos las plumas la piel y el cabello contienen pigmentos como la melanina en celulas especializadas llamadas cromatoforo El periquito australiano consigue su color amarillo de un psittacofulvin pigmento y su color verde de una combinacion del mismo pigmento amarillo y color estructural azul El periquito azul con blanco del fondo carece del pigmento amarillo Las marcas oscuras en ambas aves se deben al pigmento negro eumelanin El color del pigmento difiere del color estructural en que es el mismo color sin importar el angulo desde el que se ve mientras que el color estructural es el resultado de la iridiscencia o reflexion selectiva normalmente debido a estructuras de multiples capas Por ejemplo las alas de la mariposa tipicamente contienen color estructural a pesar de que muchas mariposas tienen celulas que tambien contienen pigmento 2 Indice 1 Pigmentos biologicos 2 Pigmentos en plantas 3 Pigmentos en algas 4 Pigmentos en bacterias 5 Pigmentos en animales 5 1 Enfermedades y condiciones 5 2 Pigmentos en animales marinos 5 2 1 Carotenoides y carotenoproteinas 5 2 2 Tetrapirroles 5 2 3 Melanina 5 2 4 Bioluminiscencia 5 2 5 Cromatoforos 5 2 6 Pigmentos fotoprotectores 5 2 7 Funcion defensiva de pigmentos 5 2 8 Influencia medioambiental en el color 5 2 9 Coloracion adaptativa 5 2 10 Actividades fisiologicas 6 Usos 7 Referencias 8 Enlaces externosPigmentos biologicos EditarVer Sistema conjugado para conocer los enlaces del electron que hacen que estas moleculas tengan pigmento Hemo porfirinas Clorofila bilirrubina hemocianina hemoglobina mioglobina Emite luz luciferina Carotenoides Hematocromos algal pigmentos mezclas de carotenoides y su derivados Caroteno Alfa y beta caroteno licopeno rodopsina Xantofila cantaxantina zeaxantina luteina Proteicofitocromo ficobiliproteina Enolatos de polieno Una clase de pigmentos rojos unicos para los loros Otro melanina urobilina flavonoidesPigmentos en plantas Editar Modelo que llenado espacial de la molecula de clorofila La antocianina da a estos pensamientos su pigmentacion morada La funcion primaria de los pigmentos en las plantas es la fotosintesis la cual utiliza el pigmento verde clorofila junto con varios pigmentos rojos y amarillos que ayudan a capturar tanta energia luminosa como sea posible Otras funciones de los pigmentos en las plantas incluyen atraer insectos hacia las flores para alentar la polinizacion Los pigmentos de la planta incluyen una variedad de diferentes clases de molecula incluyendo porfirina carotenoides antocianinas y betalaina Todo pigmentos biologicos absorbe selectivamente ciertas longitudes de onda de la luz mientras reflejan otras 3 4 Los principales pigmentos responsables son Clorofila es el pigmento primario en las plantas es una clorina que absorbe longitudes de onda roja y azules de la luz mientras que refleja el verde Es la presencia y relativa abundancia de clorofila lo que da el color verde a las plantas Todos las plantas terrestres y las algas verdes poseen dos formas de este pigmento clorofila a y clorofila b La clorofila es el medio principal que usan las plantas para interceptar la luz y llevar a cabo la fotosintesis Carotenoides son terpenos rojos naranja o amarillos Durante el proceso de fotosintesis tienen funciones en la recoleccion de luz como pigmentos accesorios en fotoproteccion disipacion de la energia mediante un apagado no fotoquimico asi como la eliminacion del oxigeno singlete para prevenir el dano foto oxidativo tambien sirven como elementos proteicos estructurales En plantas mas altas sirven como preformadores de la hormona de planta acido abscisico Las plantas en general contienen seis carotenoides ubicuos neoxantina violaxantina anteraxantina zeaxantina luteina y beta caroteno 5 La luteina es un pigmento amarillo encontrado en frutas y vegetales y es el carotenoide mas abundante en plantas Licopeno es el pigmento rojo responsable para el color de los tomates Otros carotenoides menos comunes en las plantas incluyen a la epoxi luteina en muchas especie lenosas lactucaxanthin encontrado en la lechuga y alfa caroteno encontrado en las zanahorias 6 En las cianobacteria existen otros carotenoides como la cantaxantina mixoxantofila sineoxantina y equinenona Las algas fototrofas como los dinoflagellata usan peridina como pigmento para absorber la luz Mientras que los carotenoides pueden encontrarse unidos dentro de las proteinas que unen a la clorofila tales como los centros de reaccion fotosinteticas obligatorias como los centros de reaccion fotosinteticos y complejos fotosinteticos tambien se encuentran dentro de las proteinas especializadas para carotenoides como la carotenoproteina naranja de cianobacterias Antocianinas Literalmente florecer azul es un pigmento flavonoide soluble en agua que aparece en el rango del rojo al azul segun el pH Se encuentran en todos los tejidos de plantas altas proporcionando color en hojas raices de plantas raices flores y frutas aunque no siempre en cantidades suficientes para ser perceptible La antocianina es mas visible en los petalos de flores de muchas especies 4 Las Bractea de las bugambilias deben su color a la betalaina Betalainas son pigmentos rojos o amarillos igual que las antocianinas son solubles en agua pero a diferencia de ellas estas son sintetizadas por la tirosina Esta clase de pigmentos se encuentra solo en los cariofilales incluyendo el cactus y el amaranto y nunca se encuentran en plantas que contengan antocianinas 4 Tambien son responsables del color rojo del betabel Una manifestacion particularmente notable de la pigmentacion en plantas se puede observar en el cambio de coloracion en otono un fenomeno que afecta a las hojas normalmente verdes de muchos arbustos y arboles caducifolios por el cual toman durante unas cuantas semanas en la estacion de otono varias sombras de rojos amarillos purpura y marron 7 La clorofila se degrada en tetrapirroles incoloros tambien conocido como catabolitos de clorofila no fluorescentes NCCs 8 Cuando la predominante clorofila se degrada se revelan los pigmentos escondidos de xantofilas amarillos y beta carotenos naranjas Estos pigmentos estan presentes durante el ano pero los pigmentos rojos las antocianinas son de nuevo sintetizados una vez que aproximadamente la mitad de la clorofila se ha degradado Los aminoacidos liberados por la degradacion de los complejos fotosinteticos se almacenan durante el invierno en las raices de arbol ramas raices y troncos hasta la proxima primavera cuando se reciclan para volver a la hoja del arbol Pigmentos en algas EditarLas algas son organismos fotosinteticos muy diversos que se diferencian de las plantas en que son organismos acuaticos no presentan tejido vascular y no generan embrion Sin embargo ambos tipos de organismos comparten el poseer pigmentos fotosinteticos que absorben y liberan energia que posteriormente es utilizada por la celula 9 10 11 Estos pigmentos ademas de las clorofilas son las ficobiliproteinas fucoxantinas xantofilas y carotenos que sirven para atrapar la energia de la luz y conducirla al pigmento primario que se encargara de iniciar las reacciones de fotosintesis oxigenica Las algas llaminariales diatomeas y otras heterokontofita fotosinteticas contienen clorofila c en vez de b mientras las algas rojas poseen solo clorofila a Pigmentos fotosinteticos en los diferentes grupos de algas 12 Grupo PigmentosAlgas verdes Clorofila a y bAlgas rojas Clorofila a Ficobiliproteinas Ficoeritrina pigmento rojo morado es el dominante en las especies que tienen un color rojo morado Algas pertenecientes a la linea amarilla diatomeas y algas cafes Clorofila a y c Xantofila FucoxantinaPigmentos en bacterias Editar Los diferentes pigmentos producidos por cianobacterias les permiten tener adaptaciones a diferentes condiciones de luz Algunas bacterias producen pigmentos como carotenoides melanina violaceina prodigiosina piocianina actinorrodina y zeaxantina Las cianobacterias producen ficocianina ficoeritrina scytonemina y clorofila a clorofila d y clorofila f Las bacterias verdes y purpuras del azufre producen bacterioclorofila a y bacterioclorofila b 13 Pigmentos en bacterias Grupo PigmentoCianobacteria Clorofila a Clorofila d y Chlorofila f Ficocianina pigmento azul verde es el pigmento dominante de las cianobacterias Aloficocianina Ficoeritrina pigmento rojo morado es el dominante en las especies que tienen un color rojo morado Scytonemina Cianoficina CarotenoidesBacterias purpuras Bacterioclorofila a y bBacterias verdes Bacterioclorofila c y eChromobacterium ViolaceinaStreptomyces MelaninMicromonospora AntraquinonaPigmentos en animales EditarLa pigmentacion es utilizada por muchos animales como un medio para protegerse mediante el camuflaje mimetismo o coloracion para advertir a otros animales su toxicidad y asi evitar ser depredados Algunos animales incluyendo peces anfibios y cefalopodos tienen cromatoforos que usan para camuflarse con el fondo y pasar desapercibidos La pigmentacion es utilizada entre animales para senalizar tal como se hace en la seleccion sexual Por ejemplo algunos cefalopodos utilizan sus cromatoforos para comunicarse El fotopigmento rodopsina atrapa la luz como primer paso en la percepcion de la luz Los pigmentos de la piel como la melanina pueden proteger los tejidos de quemaduras solares por la exposicion a radiacion ultravioleta Aun asi algunas estructuras biologicas en animales como el grupo hemo que ayuda transportar oxigeno en la sangre su color es resultado de su estructura Su color no tiene una funcion de proteccion o de senalizacion Enfermedades y condiciones Editar Hay una variedad de enfermedades y condiciones anormales en humanos y animales debido a la pigmentacion ya sea por la ausencia o perdida de pigmentacion por celulas de pigmento o por la produccion en exceso de pigmento Albinismo es un desorden heredado caracterizado por la perdida total o parcial de melanina Humanos y animales que padecen albinismo son llamados albinista el termino albino tambien es utilizado pero puede ser considerado como ofensivo cuando es aplicado a personas Ictiosisis tambien llamada piel de pez es una condicion heredada en la cual el sintoma es una produccion en exceso de melanina La piel es mas oscura de lo normal y se caracteriza por verse mas oscura escamosa y seca Melasma es una condicion en que manchas pigmentacion marron oscuro aparecen en la cara influida por cambios hormonales Cuando ocurre durante un embarazo esta condicion se apellida la mascara de embarazo La pigmentacion ocular es una acumulacion de pigmento en el ojo y puede ser causada por medicacion con latanoprost 14 Vitiligo es una condicion en que hay una perdida de celulas que producen pigmentos llamados melanocitos en partes de piel Pigmentos en animales marinos Editar Carotenoides y carotenoproteinas Editar Los carotenoides son el grupo mas comun de los pigmentos encontrados en naturaleza 15 Se han encontrado alrededor de 600 clases diferentes de carotenoides en animales plantas y microorganismos Los animales son incapaces de producir sus propios carotenoides asi que los obtienen estos pigmentos de las plantas Las carotenoproteinas son especialmente comunes entre los animales marinos Estos complejos son responsables de varios colores rojo purpura azul verde etc que usan estos invertebrados marinos para aparearse en rituales y en camuflaje Hay dos tipos principales de carotenoproteinas Tipo A y Tipo B El tipo A tiene carotenoides cromogeno los cuales estan estequiometricamente asociados con una proteina sencilla glicoproteina El segundo tipo Tipo B tiene carotenoides que estan asociados con una lipoproteina y por lo regular es menos estable Mientras el tipo A es generalmente encontrado en la superficie conchas y pieles de invertebrados marinos el tipo B se encuentra en huevos ovarios y sangre Los colores y la absorcion caracteristica de estos complejos de carotenoproteinas se basan en la union quimica del cromogeno y de las subunidades proteicas Por ejemplo la carotenoproteina azul linckcacianina tiene aproximadamente de 100 a 200 moleculas de carotenoides por cada complejo 16 Ademas las funciones de este complejo de pigmento proteina estan en funcion de su estructura quimica y si esta cambia su funcion tambien Las carotenoproteinas que se encuentran dentro de la estructura fotosintetica son mas comunes pero mas complicadas asi como los complejos de pigmento proteina que estan fuera del sistema fotosintetico son menos comunes pero tienen una estructura mas sencilla Por ejemplo hay solo dos de estas proteinas de astaxantina azul en la medusa Velella velella que contiene solo aproximadamente 100 carotenoides por complejo cita requerida Un carotenoide comun en los animales es la astaxanthina la cual emite un pigmento azul morado y verde El color de astaxanthina se forma al crear complejos con proteinas en determinado orden Por ejemplo el crustocrin tiene aproximadamente 20 moleculas de astaxantina unidas con proteina Cuando los complejos interaccionan por la interaccion exciton exciton disminuye el maximo de absorbencia cambiando los diferentes pigmentos de color En las langostas estan presentes varios tipos de complejos de astaxanthina proteina El primero es la crustacianina max 632 nm un pigmento azul encontrado en el caparazon de langostas El segundo es un es crustocrin max 409 nm un pigmento amarillo se encuentra en la capa exterior del caparazon Finalmente la lipoglicoproteina y ovoverdina forman un pigmento verde brillante que es esta presente normalmente en las capas exteriores del caparazon y en los huevos de langosta 17 18 Tetrapirroles Editar Tetrapirroles es el segundo grupo mas comun de pigmentos Tienen cuatro anillos de pirroles cada anillo que consta de C4H4NH cita requerida La funcion principal de los tetrapirroles es su conexion en el proceso biologico de oxidacion Los tetrapirroles tienen una funcion importante en el transporte de electrones y actua como un reemplazo para muchas enzimas Ademas tambien tienen una funcion en la pigmentacion de los tejidos de organismos marinos Melanina Editar La melanina 19 es una clase de compuestos que sirve como pigmento con diferentes estructuras responsables de tonos oscuros bronceados pigmentos rojizos y amarillentos en animales marinos Se produce cuando el aminoacido tirosina se transforma a melanina la cual se encuentra en la piel cabello y ojos Derivada de la oxidacion aerobica de fenoles los cuales son polimeros Hay mucho diferentes tipos de melaninas considerando que son un conjunto de moleculas de componentes mas pequenos como el nitrogeno que contiene melaninas Hay dos clases de pigmentos eumelanina insoluble negra y marron las cuales son derivadas de la oxidacion aerobica de la tirosina en la presencia de tirosinasa y la feomelanina alacali soluble con un rango que va del amarillo al color rojo marron surgiendo de la desviacion de la ruta de la eumelanina a traves de la intervencion de cisteina y o glutation La eumelanina normalmente se encuentra en la piel y ojos Distintas melaninas incluyen melanoproteina una melanina marron oscura que esta almacenada en altas concentraciones en el saco de tinta de la Sepia Officianalis echinoidea encontrado en erizos de mar holothuroidea encontrados en pepinos de mar y ophiuroidea encontrados en estrellas quebradizas y serpientes Estas melaninas son posiblemente polimeros que surgen de repetir acoplamientos de monomeros simple o de altos pesos moleculares Los sistemas de anillos de compuestos como el Benzotiazol y la tetrahidroisoquinolina actuan como compuestos absorbentes de UV Bioluminiscencia Editar La unica fuente de luz en el mar profundo los animales marinos emiten energia luminosa visible llamada bioluminiscencia la cual es un subconjunto de quimioluminiscencia 20 Esta es una reaccion quimica donde la energia quimica se transforma en energia luminica Esta estimado que 90 de los animales que viven en las profundidades del mar producen alguna clase de bioluminiscencia Considerando que una gran proporcion del espectro de luz visible es absorbida antes de penetrar el mar profundo la mayoria de la luz emitida por los animales marinos es azule y verde Aun asi hay algunas especies que pueden emitir una luz roja e infrarroja incluso se sabe de un genero que emite bioluminiscencia amarilla El organo responsable de emitir bioluminiscencia se conoce como fotoforos Este organo unicamente esta presente en calamares y peces lo utilizan para iluminar sus superficies ventrales los cuales disfrazan sus siluetas para confundir a los depredador o para atraer presas Los usos que tienen los fotoforos en los animales marinos difieren como lentes para controlar la intensidad del color y la intensidad de la luz producida Los calamares tienen ambos fotoforos y cromatoforos el cual controla ambas intensidades Otra cosa que es responsable para la emision de bioluminiscencia que es evidente en las rafagas de luz que emiten las medusas empieza como una luciferina un fotogeno y finaliza como emisor de luz un fotogogikon La luciferina luciferasa sal y el oxigeno al combinarse reaccionan para crear una sola unidad llamada fotoproteinas los cuales pueden producir luz cuando reaccionan con otra molecula como el Ca La medusa utiliza esto como mecanismo de defensa cuando un depredador mas pequeno intenta devorar una medusa esta destellara sus luces con lo cual atraera a un depredador mas grande quien perseguira al depredador mas pequeno alejando asi a ambos depredadores Tambien se utiliza durante el apareamiento El coral y las anemonas de mar que construyen arrecifes tambien fluorescen la luz es absorbida en una longitud de onda y se refleja en otra Estos pigmentos pueden actuar como protectores solares naturales ayudan en la fotosintesis sirve para alejar depredadores para atraer pareja advertir rivales Cromatoforos Editar Los cromatoforos son celulas que cambian un pigmento de color al ser directamente estimuladas por neuronas motoras centrales Son utilizados principalmente para adaptarse al medio ambiente de forma rapida y camuflarse El proceso de cambiar el color de la pigmentacion de su piel recae en una solo celula del cromatoforo altamente desarrollada y muchos musculos nervios glail y celulas de envoltura Los cromatoforos contienen vesiculas que almacenan tres liquidos de pigmentos diferentes Hay tres tipos de celulas cromatoforas cada una indica un color diferente eritroforos melanoforos y xantoforos El primer tipo es el eritroforo el cual contiene pigmentos rojizos como carotenoides y pteridinas El segundo tipo son los melanoforos los cuales contienen pigmentos negros y marrones como las melaninas El tercer tipo es el xantoforo el cual contiene pigmentos amarillos en forma de carotenoides De la combinacion de diferentes capas de cromatoforos se obtienen distintos colores Estas celulas normalmente se localizan debajo de la piel o escama de los animales Hay dos categorias de colores generados por la celula biocromo y esquimatocromos Los biocromos son colores formados quimicamente pigmentos naturales microscopicos Su composicion quimica esta creada para tomar un solo color de la luz y reflejar el resto En contraste los esquimatocromos colores estructurales son colores que se crean de la reflexion de la luz en una superficie incolora y la refracciones por tejidos Los esquimatocromos actuan como prismas refractando y dispersando la luz visible a los alrededores lo cual eventualmente reflejara una combinacion concreta de colores Estas categorias estan determinadas por el movimiento de pigmentos dentro de los cromatoforos Los cambios fisiologicos de color son rapidos y a corto plazo estos cambios se encuentran en peces y es el resultado de la respuesta de un animal a un cambio en el entorno En contraste los cambios morfologicos de color son a largo plazo ocurren en etapas diferentes del animal se deben al cambio en el numero de cromatoforos Para cambiar los pigmentos de color transparencia u opacidad las celulas alteran su forma y medida o expanden o contraen su cobertura exterior Pigmentos fotoprotectores Editar Debido al dano provocado por los rayos UV Un y UV B los animales marinos han evolucionado para tener compuestos que absorbe la luz UV que actuan como un protector solar La micosporina igual que los aminoacidos MAAs puede absorber los rayos UV en 310 360 nm La melanina es otro fotoprotector Los carotenoides y fotopigmentos ambos actuan indirectamente como foto pigmentos protectores al combatir los radicales libre del oxigeno Tambien sirven como complementos a los pigmentos fotosinteticos que absorben la energia luminica en el espectro azul Funcion defensiva de pigmentos Editar Es sabido que los animales utilizan sus patrones de color para advertir a los predadores aun asi se ha observado que un pigmento de esponja imita un quimico el cual implica el control de muda de un anfipodo el cual se sabes es predador de las esponjas De tal manera que cuando el anfipodo se comia a la esponja los pigmentos quimicos impiden la muda y asi finalmente el anfipodo muere Influencia medioambiental en el color Editar La coloracion en los invertebrados varia sobre la base de la profundidad temperatura de agua fuente alimentaria corrientes ubicacion geografica exposicion ligera y sedimentation Por ejemplo la cantidad de carotenoides de cierta anemona de mar disminuye al profundizar en el oceano Asi la vida marina que reside en las aguas mas profundas es menos brillante que los organismos que viven en areas con suficiente iluminacion debido a la reduccion de pigmentos En las colonias de la simbiosis colonial ascidian cianofita Trididemnum solidum sus colores son diferentes dependiendo del regimen de luz en que viven Las colonias que estan expuestas completamente al sol se calcifican facilmente son mas gruesas y se blanquean En contraste con las colonias que viven en areas sombreadas donde hay mas ficoeritrina pigmento que absorbe el color verde en comparacion con la ficocianina pigmento que absorbe el color rojo son mas delgadas y de color morado El color morado de las colonias que se encuentran en la sombra se debe principalmente a la ficobilina pigmento contenido en las algas lo que significa que el color de estas colonias cambia dependiendo de la exposicion que tengan a la luz Coloracion adaptativa Editar El aposematismo es una coloracion de aviso para que los posibles depredadores se mantengan alejados En muchos nudibranquios cromodoris toman en desagradables y toxicas sustancias quimicas emitidas por esponjas y las almacenan en sus glandulas repugnatoriales localizados alrededor del borde de manto Los predadores del nudibranquio ha aprendido evitar a estos nudibranquios basandose en sus patrones de color brillantes Las presas tambien se protegen por sus compuestos toxicos que van desde lo compuestos organicos a los inorganicos Actividades fisiologicas Editar Los pigmentos de animales marinos sirven para distintos propositos ademas de tener roles defensivos Algunos pigmentos se sabe protegen contra los rayos UV ve foto pigmentos protectores En el nudibranquio Nembrotha Kubaryana tetrapirrole pigmento 13 ha sido encontrado como un potente agente antimicrobial Tambien en esta criatura tamjaminas A B C E y F han mostrado actividades antimicrobianas antitumorales e inmonodepresivas Los sesquiterpenoides son reconocido por sus colores azules y morados pero tambien se ha reportado de exhibir una bioactividad antibacteriana inmunoregulacion antimicrobiana y citotoxica asi como la actividad inhibitoria en contra de la division celular en el fecundado erizo de mar y los huevos de ascidian Muchos otros pigmentos han sido mostrados para ser citotoxicos De hecho dos nuevo carotenoides que se aislaron de una esponja llamadaPhakellia stelliderma mostraron una suave citotoxicidad en contra de celulas de leucemia en el raton Otros pigmentos con implicaciones medicas incluyen a scitonemina topsentinas y debromohimenialdisina tienen varios compuestos que ayudan en el campo de inflamacion artritis reumatoide y osteoartritis respectivamente Hay evidencia que las topsentinas son un potente mediador desinflacion inmonogenica y topsentin y scitonemina son potentes inhibidores de la inflamacion neurogenica Usos EditarLos pigmentos pueden ser extraidos y utilizados como tintes Los pigmentos como astaxanthina y licopeno son utilizados como suplementos dieteticos Referencias Editar biochrome biological pigment Encyclopedia Britannica Consultado el 27 de enero de 2010 Stavenga D G Leertouwer H L Wilts B D 2014 Coloration principles of nymphaline butterflies thin films melanin ommochromes and wing scale stacking Journal of Experimental 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