چکیده و خلاصه فتوسنتز

فتوسنتز فرآیندی است که به واسطه آن، نور خورشید جهت تولید مولکول های آلی به دام می افتد

تنها انواع محدودی از موجودات زنده، شامل گیاهان، جلبکهاو برخی باکتریها، توانایی تولید مولکولهای آلی را به واسطه به دام انداختن انرژی نورانی خورشید دارا هستند. تقریبا تمام اشکال حیات موجود در روی کره زمین، به طور مستقیم یا غیرمستقیم به فرآورده های حاصل از این فرآیند وابسته اند.

بلوکهای شیمیایی سازنده حیات در اقیانوس های اولیه انباشته شدند سیاره زمین عمری در حدود 4.6 میلیارد سال دارد. قدیمی ترین فسیل های شناخته شده که مشابه باکتریهای رشتهای امروزی هستند، قدمتی به اندازه 3.5 میلیارد سال داشته اند. گرچه فرآیند ایجاد موجودات زنده هنوز به صورت فرضیه مطرح است، ولی اجماع نظر عمومی وجود دارد که حیات احتمالا تنهایک بار پدیدار شده است، به بیانی دیگر تمام موجودات زنده دارای یک جد مشترک هستند.

موجودات هتروتروف قبل از اتوتروف، موجودات پروکاریوت قبل از یوکاریوت و موجودات تک سلولی قبل از اشکال چندسلولی پدیدار شده اند

موجودات هتروتروف که از مولکولهای آلی یا سایر موجودات زنده تغذیه می کنند، اولین اشکال پدیدار شده بر روی کره زمین هستند. موجودات اتوتروف که قادر به تولید مواد غذایی مورد نیاز خود از طریق فتوسنتز هستند، در کمتر از 3.4 میلیارد سال پیش ظهور پیدا کردند. تا حدود 2.1 میلیارد سال پیش، آرکیها و باکتریها تنها اشکال زنده موجود در روی زمین بوده اند.

موجودات اتوتروف

موجودات اتوتروف، مواد غذایی مورد نیاز خود را تولید می نمایند، ولی موجودات هتروتروف باید مواد غذایی مورد نیاز خود را از منابع خارجی کسب نمایند.

سلول هایی که نیازهای انرژی خود را با مصرف ترکیبات آلی تولید شده توسط منابع خارجی تأمین می کنند، موسوم به موجودات هتروتروف (Heterotrophs) هستند (از کلمات یونانی Heteros به معنای "دیگری" و Trophos به معنای "تغذیه کننده").

یک موجود هتروتروف برای تأمین انرژی مورد نیاز خود به منبع خارجی از ترکیبات آلی وابسته است. جانوران، قارچها  و بسیاری از موجودات تک سلولی، همچون برخی باکتری ها و آغازیان، جزو هتروتروف ها به شمار می آیند.

با افزایش تعداد موجودات هتروتروف باستانی، میزان استفاده از مولکول های پیچیده جهت تأمین انرژی نیز افزایش یافت، مولکول هایی که طی میلیونها سال در زمین انباشته شده بودند. با کاهش پیوسته مولکولهای آلی موجود در محلول آزاد (یعنی در داخل سلول نیست)، رقابت نیز آغاز شد.

با اعمال فشار ناشی از رقابت، سلول های دارای توانایی بیشتر جهت استفاده از منابع محدود انرژی، شانس بیشتری برای بقا داشتند.

طی یک دوره زمانی و به واسطه فرآیند طولانی و آهسته حذف سلول های دارای کمترین سازگاری، سلولهایی تکامل پیدا کردند که قادر به تولید انرژی از طریق مواد غیر آلی ساده بودند. چنین موجوداتی موسوم به موجودات اتوتروف خود تغذیه کنندگان هستند. بدون تکامل این گروه از موجودات، حیات در روی زمین به زودی به اتمام می رسید.

موفق ترین گروه موجودات اتوتروف، موجوداتی بودند که سیستمی جهت بهره برداری مستقیم از انرژی خورشید تعبیه کرده و فرآیند فتوسنتز را انجام میدادند (شکل ۱-۵).

موجودات فتوسنتز کننده اولیه، گرچه در مقایسه با گیاهان، دارای ساختاری ساده بودند، ولی در مقایسه با هتروتروف های اولیه ساختاری به مراتب پیچیده تر داشتند. استفاده از انرژی خورشید، نیازمند سیستم رنگیزه ای پیچیده ای جهت به دام انداختن انرژی نورانی و همچنین وجود راهکاری برای ذخیره انرژی در یک مولکول آلی بود.

شواهدی دال بر فعالیتهای موجودات فتوسنتز کننده در صخره های مربوط به 3.4 میلیارد سال پیش، یعنی در حدود ۱۰۰ میلیون سال پس از اولین شواهد فسیلی حاکی از وجود حیات در روی کره زمین به دست آمده است.

البته ما تقریبا مطمئن هستیم که هم حیات و هم موجودات فتوسنتز کننده در زمانهای قدیمی تری از آنچه شواهد پیشنهاد می کنند، ایجاد شده اند. به علاوه، به نظر می رسد که هیچ شکی وجود ندارد که هتروتروفها قبل از اتوتروفها تکامل پیدا کرده اند. با ظهور موجودات اتوتروف،جریان انرژی در بیوسفرBiosphere) ) یعنی جهان زنده و محیط پیرامونی آن به شکل امروزی آن تبدیل شد: انرژی نورانی خورشید از کانال موجودات اتوتروف فتوسنتز کننده به تمامی اشکال حیات منتقل شد.

مقدمات گیاه شناسی

"آنچه موجب حیات در روی کره زمین می شود، وقوع جریان کوچکی است که به واسطه تابش آفتاب انجام میشود. این بخشی از نوشته Albert Szent – Gyorgyi برنده جایزه نوبل است.

با بیان این جمله ساده، وی یکی از بزرگترین شگفتی های تکامل، یعنی فتوسنتز را معرفی نموده است.

طی فرآیند فتوسنتز، انرژی نورانی خورشید به دام افتاده و منجر به تولید قندها می شود که تمامی اشکال حیات بر روی کره زمین که شامل انسان نیز می شود، به این ترکیبات وابسته هستند.

همچنین طی این فرآیند، اکسیژن به عنوان ترکیب ضروری جهت بقای حیات، به عنوان یکی از فرآورده های جانبی تولید می شود.

"جریان کوچک" هنگامی آغاز می گردد که نور با برخورد به یک مولکول کلروفیل منجر به انتقال یکی از الکترونهای موجود در کلروفیل به تراز بالاتری از انرژی می شود. این الکترون "برانگیخته"، به نوبه خود، با آغاز جریانی از الکترونها نهایتا منجر به تبدیل انرژی نورانی خورشید به انرژی شیمیایی موجود در مولکولهای قندی می شود.

به عنوان مثال، برخورد نور به برگهای نیلوفر آبی که در تصویر بالا نمایش داده شده است، اولین مرحله در تولید مولکولهایی است که منجر به تشکیل گل، دانه های گرده، همچنین برگها و ساقه و تمامی اجزای مولکولی دخیل در رشد و تکوین می شوند.

انواع محدودی از موجودات زنده (گیاهان، جلبکها و آرکی باتری ها دارای کلروفیل هستند که جهت انجام فتوسنتز، ضروری است. با به دام افتادن انرژی نورانی به شکل شیمیایی، این نوع انرژی به صورت منبع انرژی قابل بهره برداری توسط تمامی انواع موجودات زنده مورد استفاده قرار می گیرد.

انسان وابستگی کاملی به فتوسنتز دارد، فرآیندی که گیاهان سازگاری ظریفی جهت انجام آن کسب نموده اند.

واژه گیاه شناسی یا "Botany" از کلمه یونانی botane به معنای "گیاه" و فعل boskein به معنای تغذیه کردن" گرفته شده است.

گیاهان تنها به عنوان منبع غذایی مطرح نبوده و بسیاری از نیازهای انسان را تأمین می نمایند.

به عنوان مثال، گیاهان در تأمین الیاف مورد نیاز جهت تولید پوشاک؛ چوب مورد نیاز در تولید مبلمان، پناهگاه یاسوخت؛ کاغذ (مثل صفحات کاغذی که در حال مطالعه این مطالب هستید)؛

تأمین ادویه جات، دارو و همچنین اکسیژن مورد نیاز جهت تنقس دخیل هستند.

انسان وابستگی کاملی به گیاهان دارد. همچنین گیاهان نقش بسزایی در احساسات انسان داشته و باغها، پارکها و پوششهای طبیعی تأثیر بسزایی در روحیات انسانها ایفاء می نمایند.

مطالعه گیاهان منجر به افزایش قابل توجهی در علم مانسبت به تمام اشکال حیات شده و یقینا در آینده نیز نتایج بیشتری به دست خواهد آمد.

همچنین با پیشرفت تکنیکهای مهندسی ژنتیک و سایر ابزارهای تکنولوژیکی جدید، وارد مهیج ترین دوره در تاریخ گیاه شناسی شده ایم، به طوری که با بهره گیری از این ابزارهای می توان گیاهان را طوری تغییر شکل داد که به عنوان مثال، در برابر بیماری پایدار شده، آفات گیاهی را از بین برده، تولید واکسن نموده، مواد پلاستیکی زیستی قابل تجزیه تولید کرده، مقاوم به خاک های با شوری بالا بوده، مقاومت بالایی در برابر یخ زدگی داشته و منجر به تولید مقادیر بالایی از ویتامین ها و مواد معدنی در گیاهانی همچون ذرت و برنج شوند.

انتظار می رود که با مطالعه این سلسله مطالب بتوانید به این پرسش ها پاسخ دهید:

1. چرا زیست شناسان بر این باورند که تمامی جانداران موجود در کره زمین دارای جدی مشترک هستند؟

 ۲- تفاوت اصلی بین موجودات هتروتروف و اتوتروف چیست؟ هر یک از این موجودات چه نقشی در مراحل اولیه کره زمین ایفا نموده اند؟

فتوسنتز چه اهمیتی طی تکامل داشته است؟

۴- برخی چالش های پیش روی گیاهان طی انتقال از محیط آبی به محیط خشکی چیست؟ برخی ساختارهای ایجاد شده در گیاهان جهت رفع این مشکلات را نام ببرید.

۵- بیوم چیست؟ گیاهان در یک اکوسیستم، چه وظایف اصلی بر عهده دارند؟

Beta blockers (بتالاکر ها)

 در مورد آگونیست های بتا گفته شد که وقتی استخلاف روی نیتروژن انتهایی، متیل یا هیدروژن باشد، ترکیب بر هر دو گیرنده آلفا و بتا موثر است.

ولی وقتی ایزوپروپیل یا t-Butyl(استخلاف بالکی بزرگ) باشد، فقط بر روی گیرنده های بتا موثر خواهد بود(β selective)؛

چون hydrophobic pocket موجود در گیرنده بتا اجازه قرارگرفتن گروه های حجیم مانند ایزوپروپیل وt-butyl  را می‌دهد.

درصورتیکه این hydrophobic pocket در گیرنده آلفا وجود ندارد.

شروع مطالعات ترکیبات بتا آدرنرژیک از ترکیب isoproterenol بود.

ما برای آنتاگونیست به ترکیبی احتیاج داریم که دارایaffinity بر روی محل اتصال باشد ولی باعث فعال شدن post receptor mechanism نشود. (باعث conformational change induce نشود)

خیلی دقیق نمیتوان پیشبینی کرد که کدام گروه ها نقش القای تغییر conformational  دارند و کدام گروه ها سبب affinity و چسبیدن به محل اتصال میشوند.

نقش گروه فنیل یا هیدروکسیل چسبیدن به گیرنده بوده و نیتروژن مثبت conformational change induce را به عهده دارد.

یکی از اولین ایده هایی که مطرح شد این بود که برای ساخت آنتاگونیست بر روی نیتروژن کار کنند به طوریکه سبب القای تغییر کانفورماسیون نشود. (در صورتیکه که اگر روی فنیل و گروه های هیدروکسیل تغییر ایجاد کنیم ترکیب دیگر به محل اتصال affinity نخواهد داشت.)

تایکوپلانین

دارویی است که تمامی اثرات ونکومایسین را دارد و جذب بیشتری هم از آن دارد. بر روی باکتریهای گرممثبت اثر دارد و از باکتری-

های گرممنفی فقط بر روی نایسریا اثر دارد. این دارو به دلیل زنجیره اسیدچربی که دارد، جذب بافتی بسیار بالایی دارد. این دارو با

پروتئینهای پلاسمایی باند میشود و به صورت آهسته آزاد میگردد، بنابراین متابولیسم پایینی دارد. با توجه به شکل دارو میتوان دریافت که یک مولکول خنثی است. )به دلیل وجود یک گروه اسیدی و یک گروه آمینی که مجموع آنها خنثی میشود(

بیوانفورماتیک

بیوانفورماتیک دانش استفاده از علوم کامپیوتر و آمار و احتمالات در شاخه زیست‌شناسی مولکولی است. در چند دههٔ اخیر، پیشرفت در زیست‌شناسی مولکولی و تجهیزات مورد نیاز تحقیق در این زمینه باعث افزایش سریع تعیین توالی ژنوم بسیاری از گونه‌های موجودات شد، تا جایی که پروژه‌های تعیین توالی ژنوم‌ها از پروژه‌های بسیار رایج به حسب می‌آیند. امروزه توالی ژنوم بسیاری از موجودات ساده مانند باکتریها تا موجودات بسیار پیشرفته چون یوکاریوتهای پیچیده شناسایی شده‌است. پروژهٔ شناسایی ژنوم انسان در سال ۱۹۹۰ آغاز شد و در سال ۲۰۰۳ پایان یافت و اکنون اطلاعات کامل مربوط به توالی هر ۲۴ کروموزوم انسان موجود است.

تفاوت یوکاریوت ها و پروکاریوت ها

تفاوت یوکاریوت ها  و پروکاریوت ها عمدتا به ساختار هسته برمی گردد.

پرو: اولیه       یو:واقعی      کاریوم :هسته

یوکاریوت ها هسته ی سازمان یافته و مجزا از سیتوپلاسم دارند اما باکتری ها چیزی مشخصا به اسم هسته ندارند بلکه نوکلئوئید

(شبه هسته ) دارند که توسط غشا، سیتوپلاسم از هسته جدا نشده.

اندامک های سلولی در یوکاریوت ها توسعه یافته اند  اما پروکاریوت ها اندامک ندارند.

یوکاریوت

سلول یوکاریوتی

 

گیاهان - جانوران - قارچ ها و آغازیان همه دارای سلول های یوکاریوتی هستند. این سلول ها می توانند حتی هزاران بار بزرگتر از سلول های ساده ی پروکاریوتی باشند.  اصلی ترین تفاوت سلول های یوکاریوتی و پروکاریوتی در این است که سلول های یوکاریوتی دارای اندامک ها و بخش های داخل سلولی احاطه شده توسط غشا های داخل سلولی هستند که در این بخش ها فعالیت های متابولیک خاصی انجام می گیرد.  مهم ترین این اندامک ها هسته است.  هسته بخشی از سلول یوکاریوتی است که توسط دو لایه غشای پلاسمایی ( 4 لایه فسفولیپید ) پوشیده شده است و حاوی ماده ژنتیک سلول یوکاریوتی می باشد. نام یوکاریوت ها نیز که در لاتین به معنی "هسته واقعی" می باشد از همین گرفته شده است.

ویژگی ها و انواع پروکاریوت ها

در زیست‌شناسی به جانداری که سلول های آن هستهٔ واقعی و غشای هسته ندارد پروکاریوت (نام علمی: prokaryota) یا پیش‌هسته‌ای گفته می‌شود. فرمانروی جاندارانی که یاخته‌های آنها هستهٔ واقعی و غشای هسته ندارد پیش‌هسته‌ای‌ها Prokaryotae نامیده می‌شوند. وضعیتی در یاخته‌ها که در آن مواد هسته‌ای به‌وسیلهٔ غشایی مشخص از سایر محتویات یاخته جدا نمی‌شود پیش‌هلستگی prokaryosis نام دارد. پروکاریوتها اغلب به دو گروه عمده باکتری ها و باستانیان تقسیم می شوند.