به نام پروردگار

بیوتکنولوژی جلسه اول معرفی عمومی

کلروپلاست

کلروپلاست ارگانل در بافت سبز گیاهی انجام فتوسنتز: جذب انرژی نور خورشید سنتز کربوهیداراتها تولید اکسیژن مولکولی

فتوسنتز انرژی نوری به انرژی شیمیایی تبدیل می شود که سرآغاز زنجیره انرژی در دنیای زنده است با انجام عمل فتوسنتز به تدریج گازاکسیژن در اقیانوس ها وجوزمین آزاد شده و با پیدایش گاز اوزون زندگی در سطح خشکی امکان پذیر گردید. اکسیداسیون میتوکندریایی وابسته به این اکسیژن است

پلاستید نوعی اندامک ذخیره ای در گیاهان است آمیلوپلاست: ذخیره نشاسته در سیب زمینی کروموپلاست: ذخیره لیکوپن در گوجه فرنگی کلروپلاست: فتوسنتز

انواع اصلی کلروپلاست C3 تثبیت انرژی در اسید سه کربنی: شامل اکثر گیاهان

فتوسنتز غیر کلروپلاستی در برخی پروکاریوتها: سیانوباکتری ها باکتریهای فتوسنتز کننده غیرهوازی در جلبکهای قهوه‌ای و قرمز، رنگ سبز کلروفیل بوسیله سایر رنگیزه‌ها پوشیده شده است. در غشا خود دارای ساختارهای تیغه مانند بنام کروماتوفور هستند که انرژی نور را به دام می اندازند

نکات تعداد کلروپلاست ها بسته به نوع گیاه متفاوت است تعداد کلروپلاست ها بسته به نوع فعالیت متفاوت است اندازه کلروپلاست ها بسته به میزان نور تغییر می کند نور در میزان تولید کلروفیل موثر است اشکال عمومی کروی و بیضوی و دیسکی شکل دارند

ساختمان مشابه میتوکندری ها دو غشا مجزا دارد غشا خارجی بدون چین خوردگی غشا داخلی مانند میتوکندری به سمت داخل ماتریکس(استروما) چین خوردگی دارد که لاملا یا تیغه نام دارند

ساختمان تیلاکویید گرانا یا گرانوم

ترکیب شیمیایی آب پروتئین(تا 70 درصد وزن خشک) رنگیزه ها(کلروفیل و..) سیتوکرومها DNA RNA ریبوزوم 70s لیپیدها(گالاکتوزیل دی گلیسیرید-فسفولیپید-کینونها-استرول)

ژنوم كلروپلاست DNA كلروپلاستها مولكولهايي حلقوي هستند که به غشاي داخلي كلروپلاست چسبيده‌اند. DNA موجود در كلروپلاست با DNA هسته سلول با هم متفاوتند. DNA كلروپلاست هيستون ندارد ولي DNA هسته هيستون دارد. چون DNA كلروپلاست هيستون ندارد خيلي فعال است. فرايندهایی همانند سازي، رونويسي و پروتئين سازي مستقل از هسته و در بستره كلروپلاست انجام مي‌گيرد. اندازه ژنوم كلروپلاست در تمام گياهان مشابه است و حدود 120 ژن دارد. محصولات شناخته شده آنها شامل RNA‌هاي ريبوزومي، tRNAها، برخي زير واحدهاي RNA پلي‌مراز، برخي از پروتئينهاي ريبوزومي و تعدادي از آنزيمهايي است كه در فتوسنتز نقش دارند. صفاتي كه توسط DNA كلروپلاست تعيين مي‌شوند از وراثت سيتوپلاسمي تبعيت مي‌كنند.

کلروفیل کلروفیل های مختلف با حروف مختلف همه گیاهان کلروفیل نوع a را دارا هستند همچنین انواع e,d,c,b هم شناخته شده اند در باکتری ها باکتریوکلروفیل

کلروفیل كلروفيل بعنوان یکی از رنگدانه های فتوسنتزی، از نظر ساختماني به گروه هم هموگلوبين خيلي شبيه است. رنگدانه قرمز هموگلوبين داراي آهن است كه اكسيژن را در خون انتقال مي دهد اما تمام کلروفیل ها يك اتم منيزيم دارند.(داخل حلقه تتراپیرولی) هر مولكول كلروفيل داراي يك دنباله ليپيدي است كه آن را در لايه هاي ليپيدي غشاي تيلاكوئيدي استوار مي كند(فیتول).

طیف جذب نوری کلروفیل ها

وقتي كه مخلوطي از طول موجها چنان كه در نور «سفيد» معمولي وجود دارد به مولكول كلروفيل بتابد، اين مولكول، طول موجهاي قرمز و بنفش را به شدت بیشتر و طول موجهاي نارنجي، زرد و آبي را با شدتي كمتر جذب مي كند. در مقابل، طول موج سبز اصلا ً جذب نمي شود، بلكه از كلروپلاست عبور داده يا از آن منعكس مي شود. به همين سبب برگ در روشنايي، سبز مي نمايد  

رنگیزه های دیگر کاروتنوئید: از زنجیره های ایزوپرنی در جانوران پیش ساز ویتامین A زرد-نارنجی- قرمز انواع آلفا-بتا-گاما فيكوبيلينها بعنوان رنگدانه آبي يا قرمز موجود در باكتريهاي سبز- آبي و جلبكهاي قرمز

محل قرار گیری رنگیزه ها در تیغه تیلاکویید در قسمت لیپیدی زنجیره فیتولی لیپوفیل تتراپیرول هیدروفیل

منشا تقسیم کلروپلاست قدیمی پروپلاستیدها درون همزیستی مانند میتوکندری ها

فتوسنتز

دو مرحله اساسی فتوسنتز 1- واکنش های نوری- فتوشیمیایی : در تیغه های کلروپلاست-برای تولید ATP –آزاد شدن اکسیژن 2-واکنش های سنتزی یا تاریکی: نیازمند ATPو NADPH هستند-احیا دی اکسید کربن و تولید قند

جذب انرژی نور و تهییج

بازگشت به حالت اولیه پس از تهییج 1- انرژی بصورت تشعشع با طول موج بالاتر ساطع شود مثل فلورسنت 2- تبدیل به انرژی حرارتی 3- انتقال انرژی به مولکول دیگر(تبادل الکترون ها)

نکته کلروفیل نوع a دارای سطوح جذب مختلفی است

فتوسیستم ها در كلروپلاستها حدود 250 تا 400 مولكول رنگدانه تجمع نموده و به صورت كمپلكس محصول دهي نوري به نام يك واحد فتوسنتزي قرار دارند. در هر گرانوم تعداد بي شماري از اين واحدها وجود دارند. فتوسیستم I: p700 فتوسیستم II: p680 تمام رنگیزه ها انرژی را به این دو منتقل می کنند و این فتوسیستم ها انرژی را به اولین پذیرنده الکترون منتقل می کنند این دوسیستم با هم در ارتباط هستند

دو نوع از اين واحدهاي فتوسنتزي به نام هاي I و II در كلروپلاستهاي گياهان سبز با هم عمل نموده و اولين مرحله فتوسنتز يعني واكنشهاي نوري را باعث مي شوند.

فتوسيستم I داراي بيش از 200 مولكول كلروفيل a، مقدار كمي كلروفيل b و رنگدانه كاروتنوئيد با پروتئينهاي متصل به آن، و يك مولكول عمل كننده مركزي كلروفيل a بنام P700 . حرف P علامت پيگمان يا رنگدانه است در فتوسيستم I،پروتئينهاي سولفور آهن وجود دارد كه به عنوان گيرنده هاي الكترون اوليه عمل مي كنند. به اين معني كه اين پروتئين ها ابتدا الكترون را از P700 مي گيرند.

فتوسيستم II شامل كلروفيل a، β-كاروتن و پروتئينهاي متصل به آن، مقدار كمي كلروفيل b و يك مولكول مخصوص عمل كننده مركزي كلروفيل a بنام P680 مي باشد. در فتوسيستم II يك گيرنده الكترون اوليه بنام فئوفيتين يا «فئو» وجود دارد.

فسفريلاسيون نوري كلروپلاستها آنزيمهاي لازم جهت سنتز ATP را دربردارند بطوري كه مي‌توانند در حضور نور ATP بسازند. اين ATP بوجود آمده به همراه يك ماده احيا كننده موجب احيا و تثبيت CO2 فتوسنتزي و بالاخره توليد كربوهيدرات در گياه مي‌شود. اين فرايند ساخته شدن ATP در كلروپلاستها را فسفريلاسيون فتوسنتزي يا فسفريلاسيون نوري است

چگونگي نقل و انتقال الكترون در سيستم نوري I و II فسفريلاسيون نوري فتولیز

نکات اکسیژن فتوسنتز از مولکولهای آب نشات می گیرد حرکت انرژی از فتوسیستم II به سمت فتوسیستم I است

فسفريلاسيون نوري غير چرخه‌اي فتولیز

فسفريلاسيون نوري چرخه‌اي

واكنشهاي تاريكي چرخه كالوين

موفق باشین