🌱فتوسنتز

🔶دانستیم انرژی مورد نیاز ما برای انجام فعالیت های حیاتی، از مواد مغذی مانند گلوکز تأمین می شود. اکنون پرسش این است که منشأ انرژی ذخیره شده در ترکیباتی مانند گلوکز چیست؟ چه فرایند یا فرایندهایی در دنیای حیات وجود دارد که با ساختن ماده آلی، انرژی را در آنها ذخیره می کند؟ چه جاندارانی می توانند این فرآیندها را انجام دهند و این جانداران چه ویژگی cهایی دارند؟

🔔فتوسنتز : تبدیل انرژی نور به انرژی شیمیایی
🔶می دانید گیاهان در فرایند فتوسنتز CO2 را با استفاده از انرژی نور خورشید به ماده آلی تبدیل و اکسیژن نیز تولید می کنند. بر این اساس می توان میزان فتوسنتز را با تعیین میزان کربن دی اکسید مصرف شده و یا اکسیژن تولید شده، اندازه گرفت.

🔶برای اینکه جانداری بتواند فتوستنز انجام دهد، باید ویژگی هایی داشته باشد. یکی از این ویژگی ها داشتن مولکول های رنگیزه ای است که بتوانند انرژی نور خورشید را جذب کنند. همچنین، باید سامانه ای برای تبدیل این انرژی به انرژی شیمیایی وجود داشته باشد. انواعی از جانداران وجود دارند که فتوسنتز می کنند. در ادامه به بررسی این فرایند در گیاهان می پردازیم.

🔶🔷🔶🔷🔶🔷🔶🔷🔶🔷🔶🔷🔶🔷🔶🔷🔶🔷🔶🔷🔶🔷

🔔برگ ساختار تخصص یافته برای فتوسنتز
🔶برگ که مناسب ترین ساختار برای فتوسنتز در اکثر گیاهان است تعداد فراوانی سبزدیسه(کلروپالست) دارد. همان طور که می دانید، فتوسنتز در سبزدیسه ها انجام می شود. برگ گیاهان دو لپه دارای پهنک و دمبرگ است. پهنک شامل روپوست، میانبرگ و دسته های آوندی (رگبرگ) است.

🔶روپوست رویی و زیرین به ترتیب در سطح رویی و زیرین پهنک برگ قرار دارند. میانبرگ شامل یاخته های پارانشیمی است. در شکل الف(دولپه) میانبرگ از یاخته های پارانشیمی نرده ای و اسفنجی تشکیل شده است. همانطور که در این شکل می بینید،یاخته های نرده ای بعد از روپوست رویی قرار دارند و به هم فشردهاند، در حالی که یاخته های اسفنجی به سمت روپوست زیرین قرار دارند. میانبرگ در بعضی گیاهان از یاخته های اسفنجی تشکیل شده است(شکل ب).

نکات مربوط به ساختار برگ در جزوه گیاهی مطرح شده است!

🔔سبزدیسه(کلروپلاست):
🔶سبزدیسه همانند راکیزه دارای غشای بیرونی و غشای درونی است که از هم فاصله دارند. فضای درون سبزدیسه با سامانه ای غشایی به نام تیلاکوئید به دو بخش فضای درون تیلاکوئید و بستره تقسیم شده است.

🔶تیلاکوئیدها ساختارهای غشایی و کیسه مانند و به هم متصل هستند. بستره دارای دنا ، رنا و رِناتَن است. بنابراین، سبزدیسه مانند راکیزه می تواند بعضی پروتئین های مورد نیاز خود را بسازد. سبزدیسه نیز می تواند به طور مستقل تقسیم شود.

🔶رنگیزه های فتوسنتزی در غشای تیلاکوئید قرار دارند. افزون بر سبزینه (کلروفیل) که بیشترین رنگیزه در سبزدیسه هاست، کاروتنوئیدها نیز در غشای تیلاکوئید وجود دارند. وجود رنگیزه های متفاوت، کارایی گیاه را در استفاده از طول موج های متفاوت نور افزایش می دهد.

🔶در گیاهان سبزینه های a و b وجود دارند. بیشترین جذب هر دو نوع سبزینه در محدوده های 400 تا 500 نانومتر (بنفش ـ آبی) و 600 تا 700 نانومتر (نارنجی ـ قرمز) است. اگر چه حداکثر جذب آنها در هر یک از این محدوده ها با هم فرق می کند.

🔶سبزینه همان طور که از نامش پیداست، به رنگ سبز دیده می شود. کاروتنوئیدها به رنگ های زرد، نارنجی و قرمز دیده می شوند و بیشترین جذب آنها در بخش آبی و سبز نور مرئی است. سبزینه ها در محدوده های 500 تا ۶00 نانومتر جذب بسیار اندکی دارند. به طور کلی بیشترین جذب مربوط به سبزینه b و در محدوده 450 تا 500 نانومتر است. کاروتنوئیدها فقط در محدوده 350 تا 500 نانومتر جذب دارند.

🔶🔷🔶🔷🔶🔷🔶🔷🔶🔷🔶🔷🔶🔷🔶🔷🔶🔷🔶🔷🔶🔷

🔔فتوسیستم: سامانه تبدیل انرژی
🔶رنگیزه های فتوسنتزی همراه با انواعی پروتئین در سامانه هایی به نام فتوسیستم 1 و 2 قراردارند. هر فتوسیستم شامل آنتن های گیرنده نور و یک مرکز واکنش است. هر آنتن که از رنگیزه های متفاوت (کلروفیل ها و کارتنوئیدها) و انواعی پروتئین ساخته شده است، انرژی نور را می گیرد و به مرکز واکنش منتقل می کند.

🔶مرکز واکنش، شامل مولکول های کلروفیل a است که در بستری پروتئینی قرار دارند. حداکثر جذب سبزینه a در مرکز واکنش فتوسیستم ۱ ،در طول موج 7۰۰ نانومتر و حداکثر جذب آن در فتوسیستم ۲ ،در طول موج ۶۸۰ نانومتر است. بر همین اساس، به سبزینه a در فتوسیستم 1 ، P700 و در فتوسیستم 2 ،P680 می گویند.

🔶فتوسیستم ها در غشای تیلاکوئید قرار دارند و با مولکول هایی به نام ناقل الکترون به هم مرتبط می شوند. این مولکول ها می توانند الکترون بگیرند یا اینکه الکترون از دست بدهند (کاهش و اکسایش).

🔰آیا همۀ طول موج های نور مرئی به یک اندازه در فتوسنتز نقش دارند؟
🔶می توان با استفاده از اسپیروژیر (جلبک سبز رشته ای)، نوعی باکتری هوازی، چشمه نور و منشور- برای تجزیه نور- آزمایشی را برای پاسخ به این پرسش انجام داد.

🔶🔷🔶🔷🔶🔷🔶🔷🔶🔷🔶🔷🔶🔷🔶🔷🔶🔷🔶🔷🔶🔷

🔶اسپیروژیر سبزدیسه های نواری و دراز دارد. اگر همه طول موج های نور به یک اندازه در فتوسنتز مؤثر باشند، انتظار داریم که تراکم اکسیژن در اطراف جلبک رشته ای یکسان باشد. در آزمایشی که برای بررسی این فرض انجام شد، جلبک را روی سطحی ثابت کردند و درون لولۀ آزمایشی شامل آب و باکتری های هوازی قرار دادند.

🔶لوله آزمایش در برابر نوری قرار گرفت که از منشور عبور کرده و به طیف های متفاوت تجزیه شده بود. بعد از گذشت مدتی، مشاهده شد که باکتری ها در بعضی قسمت ها تجمع یافته اند. از این آزمایش می توان نتیجه گرفت که سبزینه، رنگیزه اصلی در فتوسنتز است.

نکات کنکوری

برگ ساختار تخصص یافته برای فتوسنتز

📌 در گیاه تک لپه میانبرگ نرده ای وجود ندارد

📌 در گیاهان دو لپه و تک لپه ، فضای هوادار در برگ توسط روزنه (روزن)هایی با محیط بیرون در ارتباط هستند

📌 در گیاهان دو لپه و تک لپه ، آوند چوب نسبت به آوند آبکش به روپوست بالایی نزدیکتر است

📌 در برگ گیاه تک لپه ، رگبرگ ها موازی بوده و تا انتهای برگ امتداد می یابند. در گیاهان دو لپه رگبرگ ها منشعب هستند

📌 لپه در گیاه دو لپه ، وظیفه ذخیره و انتقال مواد غذایی به رویان را بر عهده دارد.

📌 لپه در گیاهان تک لپه ، فقط وظیفه انتقال مواد غذایی به رویان را بر عهده دارد

📌 در برگ گیاه دو لپه و تک لپه سه بخش (روپوست + میانبرگ + دسته های آوندی) دیده میشود.

📌 در برگ همه گیاهان نهان دانه هر سه نوع سامانه بافتی( پوششی + زمینه ای + آوندی) وجود دارد

📌 در گیاه دو لپه یاخته های غلاف آوندی زنده بوده و دارای هسته ، شبکه آندوپلاسمی ، دستگاه گلژی ، میتوکندری (تنفس هوازی + اکسایش پیرووات + کربس + زنجیره انتقال الکترون + تولید اکسایشی پیرووات + تولید آب) ، ریبوزوم و … هستند اما کلروپلاست (تیلاکوئید + فتوسنتز + رنگیزه + تولید گلوکز و …) ندارند.

📌 در گیاه تک لپه یاخته های غلاف آوندی زنده بوده و دارای هسته ، شبکه آندوپلاسمی ، دستگاه گلژی ، میتوکندری (تنفس هوازی + اکسایش پیرووات + کربس + زنجیره انتقال الکترون + تولید اکسایشی پیرووات) ، کلروپلاست (تیلاکوئید + فتوسنتز + رنگیزه + فتوسیستم + تجزیه آب + تولید نوری ATP ،)ریبوزوم و … هستند.

📌 در رگبرگ گیاهان نهان دانه آوند چوب (عنصر آوندی + تراکئید) ، آوند آبکش (یاخته های آبکش + پارانشیم + سلول همراه) ، فیبر و یاخته های غلاف آوندی ، وجود دارد

📌 در گیاهان دو لپه ، روزنه های آبی در حاشیه برگ و در گیاهان تک لپه روزنه های آبی در انتهای برگ قرار دارند.

📌 یاخته های زنده رگبرگ که توانایی تولیدATP  گلیکولیز دارند:   یاخته های غلاف آوندی + پارانشیم + سلول همراه + یاخته آبکش

📌 تعداد روزنه های هوایی در روپوست پایینی بیشتر از بالایی است

📌 در برگ گیاه دو لپه رگبرگ به روپوست پایینی نزدیکتر است. در گیاه تک لپه رگبرگ تقریبا در وسط برگ قرار دارد

📌 عنصر آوندی و تراکئید مرده بوده و تنفس سلولی ندارند.

📌 همه یاخته های روپوستی برگ زنده هستند ، میتوکندری دارند و ATP اکسایشی تولید می کنند

سبزدیسه

📌 کلروپلاست دو غشا و سه فضا (فضای بین دو غشای بیرونی و درونی + فضای محصور شده توسط غشای درونی + فضای درون تیلاکوئیدها) دارد

📌 غشاهای درونی و بیرونی هسته ، غشاهای بیرونی و درونی کلروپلاست و غشای بیرونی میتوکندری ، صاف هستند.

📌 ساختارهای غشایی کیسه مانند متصل به یکدیگر (تیلاکوئید) ویژه کلروپلاست است.

📌 فضای درون سبزدیسه با سامانه ای غشایی به نام تیلاکوئید به دو بخش فضای درون تیلاکوئید و بستره تقسیم شده است

📌 درون میتوکندری و در بستره کلروپلاست ، فرایندهای رونویسی ، ترجمه ، همانندسازی دنا و … رخ میدهد

📌 میتوکندری و کلروپلاست (برخلاف هسته)میتوانند مستقل از چرخه یاخته و با توجه به نیاز تقسیم شوند و تعداد خود را در یاخته افزایش دهند

📌 در جاندارن یوکاریوت فتوسنتز کننده در مرحله G2 اینترفاز ، میتوکندری و کلروپلاست تقسیم میشوند

📌 رنگیزه های فتوسنتزی (کلروفیل + کاروتنوئید) ، پروتئین ATPساز نوری ، پمپ انتقال دهنده پروتون ، مولکول سازنده NADPH و فتوسیستم ها ، در غشای تیلاکوئید  قرار گرفته اند.

📌 در گیاهان سبزینه های a و b وجود دارند. بیشترین جذب هر دو نوع سبزینه در محدوده های 400 تا 500 نانومتر (بنفش– آبی) و 600 تا 700 نانومتر (نارنجی– قرمز) است. گرچه حداکثر جذب آنها در هر یک از این محدوده ها با هم فرق میکند.

📌 کاروتنوئیدها به رنگ های زرد، نارنجی و قرمز دیده میشوند و بیشترین جذب آنها در بخش آبی و سبز نور مرئی است.

فتوسیستم : سامانه تبدیل انرژی

📌 فتوسیستم ها در غشای تیلاکوئید هستند

📌 رنگیزه های فتوسنتزی همراه با انواعی پروتئین در سامانه هایی به نام فتوسیستم 1 و 2 قرار دارند. هر فتوسیستم شامل آنتن های گیرنده نور و یک مرکز واکنش است.

📌 هر آنتن که از رنگیزه های متفاوت (کلروفیل ها و کاروتنوئیدها) و انواعی پروتئین ساخته شده است، انرژی نور را میگیرد و به مرکز واکنش منتقل میکند. مرکز واکنش، شامل مولکول های کلروفیل a است که در بستری پروتئینی قرار دارند

📌 هر فتوسیستم شامل آنتن های گیرنده نور و یک مرکز واکنش است.

📌 مرکز واکنش در هر فتوسیستم ، شامل مولکول های کلروفیل a است که در بستری پروتئینی قرار دارند

📌 فتوسیستم ها (1 و 2) در غشای تیلاکوئید قرار دارند و با مولکول هایی به نام ناقل الکترون به هم مرتبط میشوند. این مولکول ها میتوانند الکترون بگیرند یا اینکه الکترون از دست بدهند (کاهش و اکسایش).

📌 مرکز فتوسیستم 1 دارای کلروفیل a از نوع P700 و مرکز فتوسیستم 2 دارای کلروفیل a از نوع P680 است. بنابراین مرکز واکنش فتوسیستم 1 و 2 با یکدیگر متفاوت است