تُعرَّف الأصباغ بأنّها مجموعة المركبات التي لها لون كثيف وتستخدم في تلوين المواد الأخرى، وتسمى مواد التلوين هذه أيضًا الصبغات البيولوجية أو الصبغات الحيوية والتي تشير بشكل أساسي إلى الأصباغ الحقيقية، وهذه الأصباغ البيولوجية غير قابلة للذوبان في الماء ويتم تطبيقها كجزيئات أرضية صلبة مع السوائل، ومن الممكن العثور على أنواع مختلفة من الأصباغ البيولوجية في كل من النباتات والحيوانات، ويتم إنتاج الأصباغ بواسطة الكائنات الحية ولها لون ناتج عن تقنيات امتصاص اللون، وهناك نوعان مختلفان من الأصباغ يتم تصنيفهما على أساس مصادرهما.
الأصباغ العضوية
تصنع الأصباغ العضوية من بعض المصادر الطبيعية، وصبغة النبات هي أي نوع من المواد الملونة التي ينتجها النبات، وبشكل عام أي مركب كيميائي يمتص الإشعاع المرئي بين حوالي 380 نانومتر (بنفسجي) و 760 نانومتر (أحمر ياقوتي) يعتبر صبغة، وهناك العديد من أصباغ النباتات المختلفة وتوجد في فئات مختلفة من المركبات العضوية، وتعطي أصباغ النبات لونًا للأوراق والزهور والفواكه وهي مهمة أيضًا في التحكم في التمثيل الضوئي والنمو والتطور.
الأصباغ غير العضوية
الأصباغ غير العضوية وتسمى أيضًا الأصباغ الاصطناعية مشتقة من قطران الفحم وبعض الأشكال الأخرى من البتروكيماويات، وفي بعض الحالات النادرة يمكن أيضًا تصنيع هذه الأصباغ عن طريق شكل أبسط من التفاعلات الكيميائية يسمى الأكسدة، والأصباغ هي المواد الكيميائية التي تظهر أطوال موجية للضوء المرئي مما يجعلها تبدو ملونة، وتمتلك النباتات والزهور والطحالب وبعض أنواع البكتيريا الضوئية وحتى جلد الحيوانات نوعًا معينًا من الأصباغ والتي توفر الألوان ولديها أيضًا القدرة على امتصاص بعض الأطوال الموجية.
امتصاص الإشعاع
طيف الامتصاص هو مقياس للأطوال الموجية للإشعاع التي يمتصها الصباغ، ويحدد الامتصاص الانتقائي للأطوال الموجية المختلفة لون الصباغ، وعلى سبيل المثال تمتص الكلوروفيل للنباتات العليا الأطوال الموجية الحمراء والزرقاء ولكن ليس الأطوال الموجية الخضراء وهذا يعطي الأوراق لونها الأخضر المميز، ويحدد التركيب الجزيئي للصبغة طيف الامتصاص، وعندما تمتص الصبغة الإشعاع فإنّها تكون متحمسة لحالة طاقة أعلى، ويمتص جزيء الصباغ بعض الأطوال الموجية دون غيرها لأنّ هيكله الجزيئي يقيد حالات الطاقة التي يمكنه دخولها.
بمجرد أن يمتص الصباغ الإشعاع ويتحمس إلى حالة طاقة أعلى فإنّ الطاقة الموجودة في الصباغ لها ثلاثة مصائر محتملة وهي:
1- يمكن أن تنبعث على شكل حرارة.
2- يمكن أن تنبعث كإشعاع منخفض الطاقة (الطول الموجي الأطول).
3- يمكن أن تشارك في عمل كيميائي ضوئي أي إنتاج تغييرات كيميائية.
أنواع الصبغ في النباتات
تتمتع النباتات بميزة فريدة تتمثل في التقاط الطاقة الضوئية وتحويلها إلى سكريات من خلال عملية تسمى البناء الضوئي أو التمثيل الضوئي، وتبدأ العملية بامتصاص الطاقة الضوئية بواسطة بعض الأشكال المتخصصة من الجزيئات العضوية تسمى الأصباغ، وتتطلب عملية التمثيل الضوئي وهي عملية بيولوجية صبغة خضراء اللون تسمى الكلوروفيل إلى جانب أشكال أخرى من الأصباغ ذات اللون الأصفر والأحمر، وتشمل أصباغ النباتات الأساسية الأخرى الأنثوسيانين والبيتالين والكاروتينات والبورفيرينات وأكثر من ذلك بكثير، وكل هذه الأصباغ تحفز عملية التفاعلات الكيميائية من خلال عكس الأطوال الموجية.
1- الكلوروفيل: هو أحد الأصباغ الأولية الموجودة داخل الخلايا النباتية لجميع النباتات الخضراء، ويرجع اللون الأخضر لأوراق النبات والجزء الرقيق من الساق إلى وجود صبغة تسمى الكلوروفيل، وصبغة الكلوروفيل هي الصبغات الأكثر أهمية وأساسية لأنّها تلعب دورًا حيويًا في العملية البيولوجية لعملية التمثيل الضوئي، وهناك أنواع مختلفة من أصباغ الكلوروفيل ويتم تصنيفها أساسًا بناءً على هيكلها ووظائفها وخصائصها الأخرى.
الأنواع المختلفة من أصباغ الكلوروفيل هي الكلوروفيل أ: يوجد في الطحالب والبكتيريا الزرقاء وجميع النباتات العليا، والكلوروفيل ب: يوجد فقط في الطحالب الخضراء والنباتات العليا، والكلوروفيل ج: يوجد في بعض الكرومستا الضوئية وبعض الطحالب البحرية، والكلوروفيل د: يوجد فقط في الطحالب الحمراء، والكلوروفيل ي: موجود فقط في الطحالب، ومن بين كل هذه الأنواع الخمسة من أصباغ الكلوروفيل يعتبر الكلوروفيل أ و ب أصباغ التمثيل الضوئي الأولية.
2- الكاروتينات: الكاروتينات هي أصباغ على شكل ألوان برتقالية وحمراء وصفراء، وهذه المركبات غير قابلة للذوبان في الماء وترتبط بأغشية أجسام الخلايا، وهذه الجزيئات الحيوية هي مضادات الأكسدة التي تعزز البصر الجيد لدى البشر، وفي النباتات يمكن أن تحدث الكاروتينات في الجذور والسيقان والأوراق والزهور والفواكه، وداخل الخلية النباتية توجد الكاروتينات في أغشية البلاستيدات وهي عضيات محاطة بأغشية مزدوجة مميزة، وتعد البلاستيدات الخضراء أهم أنواع البلاستيدات وهي تصنع وتخزن الكاروتينات بالإضافة إلى إجراء عملية التمثيل الضوئي.
اثنان من أفضل الكاروتينات المعروفة هما بيتا كاروتين والليكوبين، ويعطي بيتا كاروتين الجزر والبطاطا الحلوة والخضروات الأخرى لونها البرتقالي، بينما يعطي اللايكوبين الطماطم لونها الأحمر، وعندما يأكل الإنسان الجزر أو الأطعمة الأخرى التي تحتوي على الكاروتينات ويقوم الكبد بتقسيم جزيء الكاروتين إلى النصف لتكوين جزيئين من فيتامين أ وهو عنصر غذائي دقيق أساسي.
للكاروتينات وظيفتان مهمتان في النباتات وهما: أولاً يمكنهم المساهمة في عملية التمثيل الضوئي، ويفعلون ذلك عن طريق نقل بعض الطاقة الضوئية التي يمتصونها إلى الكلوروفيل والتي تستخدم بعد ذلك هذه الطاقة لدفع عملية التمثيل الضوئي، وثانيًا يمكنها حماية النباتات التي تتعرض لأشعة الشمس بشكل مفرط، ويفعلون ذلك عن طريق تبديد الطاقة الضوئية الزائدة التي تمتصها على شكل حرارة.
3- الأنثوسيانين: الأنثوسيانين هو نوع من أصباغ الفلافونويد الموجودة بشكل طبيعي في جميع أنسجة المجموعة الأعلى من النباتات، ويعمل هذا الصباغ من خلال توفير اللون للساق والأوراق والجذور والفواكه والزهور، وبناءً على درجة الحموضة تظهر هذه الأنواع من الأصباغ باللون الأحمر والأزرق والأرجواني والألوان الداكنة الأخرى.
4- الفلافونويد: الفلافونيدات هي نوع من الأصباغ ذات اللون الأصفر والتي توجد بكثرة في الليمون والجريب فروت والبرتقال وفي بعض الفلك والزهور الصفراء، ويوجد هذا النوع من الأصباغ بشكل كبير في البلاستيدات والسيتوبلازم للخلية النباتية، ومركبات الفلافونويد هي مواد كيميائية لها خصائص مضادة للأكسدة وتساعد في خفض مستويات الكوليسترول، والتطبيقات الأخرى لمركبات الفلافونويد هي: يتم استخلاصها واستخدامها كصبغات، كما تستخدم هذه الأصباغ مثل اللايكوبين وأستازانتين كمكمل غذائي في معظم المنتجات الغذائية.
