گیرنده های نوری 1

اهداف:

آشنایی با انواع گیرنده های نوری به خصوص کلروفیل

شرح درس:

همه ما می دانیم که نور خورشید به خودی خود نمی تواند توسط گیاه جذب شده و انرژی آن از شکلی به شکل دیگر تبدیل می شود. گیاهان حاوی مولکول های رنگدانه ای متنوعی اند که این رنگدانه ها، نوری را که به لحاظ فیزیولوژیکی مفید است جذب می کنند.
رنگدانه هایی که نور را برای استفاده بعدی در یک فرایند فیزیولوژیکی جذب می کنند گیرنده نوری photoreceptor نامیده می شوند. این مولکول ها انرژی و اطلاعات موجود در نور را به شکلی که بتواند برای گیاه مورد استفاده باشد تغییر می دهند. مهم ترین گیرنده های نوری که در گیاه یافت می شوند در این طرح و طرح های آینده بحث خواهند شد.

کلروفیل ها

کلروفیل، رنگدانه ای است که مسئولیت اصلی آن دریافت انرژی نور برای استفاده در فتوسنتز است. مولکول کلروفیل از دو بخش تشکیل شده است، یک سر پورفیرین و یک هیدروکرین طویل یا دنباله ی فیتول.

پورفیرین از چهار حلقه پیرول حاوی نیتروژن که به صورت حلقوی قرار گرفته اند تشکیل شده است. پور فیرین ها در تمام موجودات زنده وجود دارند و دارای گروه "هم" می باشند که در هموگلوبین پستانداران و در رنگدانه فتوسنتزی و تنفسی یعنی سیتوکروم یافت می شود.

حلقه شماره چهار پورفیرین در کلروفیل با یک الکل 20 کربنه به نام فیتول پیوند استری تشکیل می دهد. این دنباله هیدروکربنی طویل و محلول در چربی، از مشتقات ایزوپرن 5 کربنه است. ایزوپرن پیش ماده مولکول های مهم زیادی از قبیل رنگدانه های دیگر(کارتنوئیدها)، همرمون ها(جیبرلین) و استروئیدهاست.

کامل کننده مولکول کلروفیل یک یون منیزیوم (Mg₂⁺) است که با چهار اتم نیتروژن در مرکز حلقه تشکیل کلات می دهد. خروج یون منیزیوم از کلروفیل به تشکیل یک ماده غیرسبز به نام فئوفی تین Pheophytin منجر می شود. فئوفی تین در طی استخراج کلروفیل در شرایط اسیدی به سادگی شکل می گیرد،اما مقادیر اندکی از این ماده به صورت طبیعی نیز در کلروپلاست پیدا می شود که به عنوان یک گیرنده الکترون اولیه انجام وظیفه می کند.

چهار نوع کلروفیل که به کلروفیل a,b,c,d معروف اند، شناسایی شده اند. ساختار شیمیایی کلروفیل a که رنگدانه فتوسنتزی اصلی در تمام گیاهان عالی ، جلبک ها و سیانوباکترهاست در شکل زیر آمده است.

کلروفیل b نیز شبیه به کلروفیل a است،فقط بر روی حلقه دوم ، گروه فورمیل (-CHO) جایگزین گروه متیل شده است. کلروفیل b در تمام گیاهان عالی و جلبک های سبز پیدا می شود، با وجود این جهش های بدون کلروفیل b ،اما دارای قابلیت حیات شناسایی شده است. تفاوت اصلی بین کلروفیل a و کلروفیل c (که در دیاتوم ها، دینوفلاجلات ها و جلبک های قهوه ای یافت می شود) در این است که کلروفیل c فاقد دنباله فیتول است.

نکته آخر آنکه کلروفیل b که فقط در جلبک های قرمز یافت می شود، مشابه کلروفیل a است، فقط گروه(-O-CHO) جایگزین گروه (-CH=CH₂) روی حلقه شماره یک شده است.

گیرنده های نوری

توضیح فیلم:

کلروفیل می تواند نور خورشید را جذب کرده و آن را به انرژی شیمایی قابل استفاده برای خود و دیگر موجودات تبدیل نماید.

وقتی که گیاهچه های نهاندانگان در تاریکی رویانده شوند، در آن ها کلروفیل به وجود نمی آید. رنگ زرد آن ها به دلیل کاروتنوئیدهاست. با وجود این گیاهچه های رویانده شده در تاریکی مقادیر قابل توجهی پروتوکلروفیل را که پیش نیاز ضروری کلروفیل a است می سازند. تفاوت ساختار شیمیایی پروتوکلروفیل با کلروفیل، فقط در وجود یک پیوند دو گانه بین کربن 7 و 8 در حلقه شماره چهار است.

این پیوند توسط آنزیم NADPH : پروتوکلروفیل اکسیدوریداکتاز (NADPH:Protochlorophyll oxidoreductase) احیا می شود. در نهاندانگان این واکنش احتاج به نور دارد،اما در بازدانگان و بیشتر جلبک ها، کلروفیل در تاریکی هم ساخته می شود. محققان معتقدند که کلروفیل b از کلروفیل a ساخته می شود.