Dołącz do czytelników
Brak wyników

Laboratorium , Otwarty dostęp

1 sierpnia 2018

NR 28 (Lipiec 2018)

Światło zimne z natury Berberyna i parietyna

0 262

Biologia jako nauka łączy ze sobą zagadnienia z obszaru fizyki, chemii i innych dziedzin – obejmuje szeroki wachlarz tematów badawczych, które bywają postrzegane jako osobne dyscypliny naukowe. Wszystkie one odwołują się do zjawiska życia, ale uwypuklają różne jego aspekty. Podstawą biologii są oczywiście te same prawa, którymi posługuje się fizyka, chemia oraz pozostałe nauki przyrodnicze – można tu wspomnieć choćby o zasadach termodynamiki czy prawie zachowania masy [1].
Mimo że zwykle stosuje się ścisłe rozróżnienie dziedzin przyrodniczych, m.in. na biologię, chemię i fizykę, to podział ten jest w rzeczywistości bardzo płynny, a granice pomiędzy naukami nieostre. Opisywane rozróżnienie ma oczywiście na celu usystematyzowanie wiedzy zgromadzonej przez pokolenia naukowców, ale samo w sobie czasem staje się źródłem nieporozumień – przykładem może być między innymi trudność przekonania wielu osób o tym, że reakcje chemiczne zachodzące w organizmach żywych nie różnią się w sposób zasadniczy od wielu procesów, które potrafimy dziś odtworzyć w sztucznych warunkach. Podejście traktujące nauki przyrodnicze jako integralną całość wydaje się być całkowicie uzasadnione, ale w dydaktyce – przynajmniej na początkowych etapach nauczania – jego wprowadzenie może być utrudnione. Myślę więc, że mimo stosowania tradycyjnego podziału nauk warto też wskazywać na elementy istniejące niejako na ich styku, to znaczy będące jednocześnie obiektem zainteresowania różnych dziedzin. 
Jednym z takich elementów są barwniki naturalne pochodzenia organicznego. Z łatwością można dzięki nim powiązać biologię z pozostałymi gałęziami wiedzy przyrodniczej. Barwniki takie są przecież substancjami chemicznymi (chemia) wyprodukowanymi przez organizmy żywe na drodze różnorodnych procesów metabolicznych (biologia). Sama barwa jest natomiast wrażeniem, jakie odczuwamy po pobudzeniu siatkówki przez światło (neurobiologia), którego skład widmowy zależy od pewnych zjawisk fizycznych, np. selektywnego pochłaniania lub emisji (fizyka).
Warto przypomnieć, że barwniki modyfikują zwykle światło odbite – same oczywiście nie świecą. Oddzielną kategorią substancji są tzw. barwniki fluorescencyjne, które po pochłonięciu energii w postaci promieniowania elektromagnetycznego o odpowiedniej długości fali oddają ją następnie do środowiska w postaci światła widzialnego [2]. Fluorescencja należy do klasy zjawisk fizycznych nazywanych zbiorczo luminescencją (zimnym świeceniem), czyli fenomenów, w których promieniowanie elektromagnetyczne powstaje na drodze innej niż termiczna.
Istnieje wiele naturalnych barwników fluorescencyjnych. Chyba najczęściej spotykanymi są chlorofile (np. chlorofil A o wzorze C55H72MgN4O5) świecące pod wpływem ultrafioletu czerwonym światłem [3]. Nieco mniej znane są podobne właściwości eskuliny C15H16O9 występującej m.in. w drewnie kasztanowców Aesculus [4]. Innym przykładem jest chinina C20H24N2O2 obecna w korze drzewa chinowego Cinchona występującego w Andach.
W niniejszym artykule chciałbym przedstawić Czytelnikowi inne, mniej znane i rzadziej omawiane, a przy tym bardzo interesujące barwniki pochodzenia naturalnego. Jeden z nich będzie miał źródło w roślinach, zaś pochodzenie drugiego może się wydać nieco zaskakujące. W każdym razie obie substancje są łatwe do pozyskania z otaczającego nas środowiska, co jest bardzo korzystne dla każdego eksperymentatora.

Berberyna z berberysu i glistnika jaskółczego ziela

Pierwszą substancją, której właściwości chciałbym przybliżyć, jest berberyna C20H18NO4+ o wzorze strukturalnym przedstawionym na rys. 1. 

Rys. 1. Wzór strukturalny berberyny

Jest to alkaloid izochinolinowy należący do klasy protoberberyn. Berberyna występuje w tkankach wielu roślin, m.in. u gorzknika kanadyjskiego Hydrastis canadensis i wielu gatunków cynowoda, np. Coptis chinensis. Wśród spotykanych u nas roślin najwięcej berberyny występuje w korzeniach i łodygach berberysów, na przykład berberysu zwyczajnego Berberis vulgaris – nawet do 1,24% [5].
Chciałbym ostrzec Czytelników, ponieważ berberyna i pokrewne jej związki mogą być szkodliwe, należy więc zachować ostrożność zarówno przy manipulacjach z samą substancją, jak i zawierającym ją materiałem roślinnym.
Berberys zwyczajny jest krzewem należącym do rodziny berberysowatych Berberidaceae. Naturalnie występuje w sta­nie dzikim w Europie, uległ też zadomowieniu na Półwyspie Skandynawskim i Wyspach Brytyjskich. Berberys zwyczajny występował kiedyś pospolicie na całym obszarze Polski. Rósł na miedzach, zboczach, w zaroślach i na obrzeżach lasów. Zauważono jednak, że obecność berberysu może być szkodliwa dla okolicznych upraw, ponieważ krzew ten jest żywicielem pośrednim rdzy zbożowej Puccinia graminis – grzyb ten wywołuje groźną chorobę zbóż zwaną rdzą źdźbłową [6].
Ponieważ berberys miał zastosowanie już w medycynie ludowej, to zdobył wiele nazw lokalnych – bywa określany między innymi jako kwaśnica pospolita lub kwaśniec [7]. 
Omawiany krzew jest dziś wykorzystywany dosyć często jako roślina ozdobna. Istnieje wiele odmian i gatunków tej rośliny – niektóre wyróżniają się np. barwnymi liśćmi (fot. 1).
Krzew ten dorasta do wysokości 3 m. 

Fot. 1. Berberys, pokrój

Pędy są wyposażone w ciernie. Liście berberysu są odwrotnie jajowate, ale mogą być też podłużno-eliptyczne, o długości od 3–6 cm, stojące pęczkami na krótkopędach (fot. 2). 

Fot. 2. Ulistniony pęd berberysu

Kwiaty są niewielkie, barwy żółtej, zebrane w zwisające grona. Wydzielają słodki zapach. Owoc w postaci wielonasiennej czerwonej jagody jest czerwony.
Fluorescencja berberyny jest tak wyraźna, że można ją zaobserwować nawet bez izolacji tej substancji z tkanek rośliny. By móc się o tym przekonać, wystarczy zaopatrzyć się w kilka niewielkich korzeni bocznych, np. ozdobnego gatunku berberysu. Nie polecam pobierania korzeni berberysu zwyczajnego rosnącego w naturalnym środowisku, ponieważ może to zaszkodzić tej stosunkowo rzadko występującej dziś roślinie.
Korzenie po delikatnym umyciu najlepiej jest rozłożyć na czarnym papierze. Warto zauważyć, że dosyć łatwo można z nich złuszczyć wierzchnią warstwę – pod spodem znajdują się dużo jaśniejsze tkanki (fot. 3).

Fot. 3. Korzeń berberysu; warunki normalne
Fot. 4. Korzeń berberysu; oświetlenie światłem ultrafioletowym

Przy świetle dziennym nie zauważamy w tym przypadku niczego szczególnego. Wystarczy jednak zaciemnić pomieszczenie i oświetlić fragment rośliny światłem ultrafioletowym. Naszym oczom ukaże się wtedy widok jak na fot. 4.
Po oświetleniu światłem UV odsłonięte, nieskorkowaciałe tkanki korzenia berberysu zaczynają świecić żółtozielonym blaskiem. Efekt jest tak wyraźny, że może być wręcz zaskakujący.
Berberyna jest rozpuszczalna w wo­­dzie i dosyć łatwo ulega wypłukaniu z tkanek roślin. Fotografia 5A przedstawia kilka odłamków korzeni, które po umyciu pod bieżącą wodą zostały rozłożone na sączku. Po usunięciu korzeni na bibule pozostają ślady berberyny. Na świetle widzialnym są one żółtawe i mało efektowne, natomiast po oświetleniu ultrafioletem plamy nawet po wyschnięciu fluoryzują bardzo jasno (fot. 5B).

Fot. 5. Berberyna z korzeni berberysu; A – wilgotne korzenie rozłożone na sączku, B – plamy berberyny fluoryzujące pod wpływem światła UV

Innym źródłem berberyny może być glistnik jaskółcze ziele Chelidonium majus z rodziny makowatych Papaveraceae. Roślina ta występuje na dużych połaciach Eurazji – w Polsce jest pospolita.
Glistnik najchętniej żyje na obrzeżach lasów i w zaroślach, w wilgotnych grądach oraz żyznych buczynach [8]. Może być zakwalifikowany jako roślina ruderalna, rośnie więc na przydrożach, rumowiskach i wysypiskach odpadów.  W parkach i ogrodach jest najczęściej traktowany jako chwast. 
Pokrój opisywanej rośliny jest silnie rozgałęziony (fot. 6). Osiąga ona wysokość 0,3–1 m.
Łodyga glistnika jest w przekroju okrągła – początkowo odstająco owłosiona. Włoski później zanikają. Roślina posiada system korzeniowy typu palowego z dosyć grubym korzeniem główny i mnogimi korzeniami bocznymi [9].
Liście są 3-klapowe i krótkoogonkowe. U nasady ogonek liści rozszerza się i słabo obejmuje łodygę. Liście z wierzchu są jasnozielone, a spodem nieco sine i słabo owłosione. 
Roślina kwitnie od maja do czerwca [10]. Kwiaty występują w baldaszkach w liczbie 3–8. Szypułki kwiatowe mają długość 2–8 cm, a same kwiaty są niewielkie – ich średnica nie przekracza 2,5 cm. Koronę budują 4 płatki. Zalążnia jest jednokomorowa, zaś słupek dwukrotny z dwudzielnym znamieniem. Łatwo też zauważyć liczne pręciki barwy żółtej. Owoc glistnika ma formę równowąskiej zielonej torebki (fot. 8). Pęka ona dwiema klapami od nasady. Niewielkie nasiona występują w dużej ilości. Każde z nich jest zaopatrzone w mięsisty elajosom. Ta ciekawa struktura, nazywana też często ciałkiem mrówczym obfituje w tłuszcze i węglowodany. Elajosom jest chętnie zjadany przez mrówki, które np. przenosząc nasiona do gniazda, przyczyniają się do rozsiewania rośliny – owady wykorzystują bowiem jedynie elajosomy, pozostawiając nasiona nietknięte [11]. Dodatkowo mrówki chronią nasiona przed roślinożercami. 

Fot. 6. Pokrój glistnika jaskółczego ziela
Fot. 7. Liście glistnika jaskółczego ziela
Fot. 8. Kwiaty i owoce glistnika jaskółczego ziela

W przypadku glistnika duże ilości berberyny występują w soku mlecznym tej rośliny. 
Sok mleczny to nieprzezroczysta zawiesina wodna gromadzona w wakuolach komórek mlecznych wielu roślin. Skład chemiczny i właściwości fizyczne soku mlecznego są bardzo zróżnicowane w zależności od gatunku rośliny [12]. Substancja ta jest wytwarzana najczęściej przez rośliny z rodziny makowatych Papaveraceae, astrowatych Asteraceae i wilczomleczowatych Euphorbiaceae.
W skład zawiesiny wchodzić mogą węglowodany, woski, żywice, gumy, zróżnicowane białka, olejki eteryczne, alkaloidy, kauczuk i inne substancje.
Po przełamaniu łodygi glistnika zaczyna z niej wypływać żółto-pomarańczowy sok mleczny (fot. 9). Był on w medycynie ludowej wykorzystywany do usuwania brodawek.
Sok mleczny glistnika zwyczajnego po uszkodzeniu łodygi wypływa z niej na tyle obficie, że z łatwością można zebrać kilka kropli i rozpuścić je w wodzie. Oczywiście podobny wyciąg można przyrządzić poprzez rozcieranie tkanek rośliny z wodą, a następnie przesączenie dla oddzielenia stałych zanieczyszczeń. W o...

Artykuł jest dostępny dla zalogowanych użytkowników w ramach Otwartego Dostępu.

Załóż konto lub zaloguj się.
Czeka na Ciebie pakiet inspirujących materiałów pokazowych.
Załóż konto Zaloguj się

Przypisy