تحقیق مقاله فیزیولوژی گیاهان زراعی

در عالم گیاهی مهمترین و اصلی ترین متابولیسم ها که اکثر واکنش در آن انجام می گیرد : آنزیم ها فتوسنتز تنفس .

اگر یک سلول زنده را به کارخانه تشبیه کنیم هزاران ترکیب و متابولیت در هر لحظه تولید میشود .

تنوع ترکیبات در عالم گیاهی خیلی بیشتر از عالم جانوری است .

احیاء کربن یعنی تثبیت فتوسنتز فقط در گیاهان وجود دارد و یا تثبیت ازت و گوگرد هم در گیاهان وجود دارد .

متابولیسم : مجموع تمام واکنش های شیمیایی حیات که در یک سلول انجام می گیرد را متابولیسم گویند .

آنابولیسم : واکنش هایی که در آن مولکولهای کوچکتر به هم می پیوندند و مولکولهای درشت را تشکیل می دهند را ترکیب یا آنابولیسم گویند مانند سنتز نشاسته که این واکنش انرژی گیر است .

کاتابولیسم : ترکیبات بزرگ تجزیه شده و مولکولهای کوچک را بوجود می آورند که آن را تجزیه و یا کاتابولیسم می گویند مانند تجزیه نشاسته که این واکنش انرژی زا است .

کاتالیزور ها و آنزیم ها تفاوت های زیادی با هم دارند :

1 . آنزیم ها خیلی قوی تر عمل می کنند .

2 . آنزیم ها خیلی سریع تر عمل می کنند .

3 . آنزیم ها خیلی اختصاصی عمل می کنند .

4 . آنزیم ها قابل انعطاف هستند و به تغییرات محیطی عکس العمل نشان می دهند .

عیب مهم آنزیم ها : آنزیم ها ساختار پروتینی دارند و یک سیستمی باید وجود داشته باشد که برای آنها پروتین تولید کند و به همین جهت برای گیاه هزینه بالایی دارد .

فعالیت آنزیم ها مانند کاتالیزورهای معدنی است و کار آنزیم ها تسریع واکنش های بیوشیمیایی می باشد .

محل قرار گرفتن آنزیم ها :

آنزیم ها در داخل سلول پراکنده نیستند و هر کدام جایگاه مشخصی دارند . آنزیم ها را با توجه به کاری که انجام می دهند جداسازی می کنند .

در گیاهان پست (پروکاریوت) جداسازی آنزیم ها محدود انجام شده ولی در گیاهان عالی (یوکاریوت ها) جداسازی با توجه به کاری که انجام می دهند انجام شده است . کارایی گیاهان عالی خیلی بیشتر از گیاهان پست است ویکی از مهمترین علت کارایی بالا در گیاهان عالی همین جداسازی آنزیم ها است . یک یا چند آنزیمی که فرایند مشابهی را کاتالیز می کنند در یک ساختمان ویژه ای بنام اندامک یا ارگانول نگهداری میشوند .

آنزیم هایی که وظیفه آنها سنتز DNA و RNA و یا آنزیم هایی که وظیفه آنها تقسیم سلولی است در اندامی بنام هسته نگهداری میشوند و آنزیم های تنفس هوازی در میتوکندری نگهداری میشوند و آنزیم های فتوسنتز در کلروپلاست نگهداری میشوند و آنزیم های مربوط به تنفس نوری در اندامکی بنام پراکسیزوم نگهداری میشوند .

چرا جداسازی آنزیم ها باعث افزایش کارایی میشود :

1 . غلظت کافی مواد ترکیب شونده در محلی که آنزیم ها باید روی آن تثبیت شوند وجود داشته باشد .

2 . تضمین آن که واکنش در جهت تولید ترکیب مورد نیاز هدایت شود و به مسیرهای انحرافی کشیده نشود .

ویژگی های آنزیم ها :

1 . اختصاصی عمل می کنند (هر آنزیمی فقط قادر است روی یک سوبسترا و یا روی سوبسترایی که گروه های فعال مشابهی دارند عمل می کند )

2 . تعداد آنزیم ها خیلی زیاد است و تا حالا چیزی حدود 45000 آنزیم شناسایی شده است .

هر آنزیم دو اسم دارد : اسم استاندارد اسم رایج .

در اسم رایج هر آنزیم سه جزء وجود دارد :

1 . نام سوبسترایی که آنزیم روی آن عمل می کند .

2 . عملی که آنزیم انجام می دهد .

3 . کلمه ase در آخر آن .

بعنوان مثال نام آنزیمی که از سیتوکروم یک الکترون می گیرد (سیتوکروم را اکسید می کند) به این صورت است : Cytochromeoxidase

نام آنزیمی که از مالیک اسید دو هیدروژن می گیرد بصورت زیر میباشد :

Malicacid deltydrgrgenase

نام آنزیمی که NO3- را به NO2-  تبدیل می کند :Nitrat redoctase

3 . برگشت پذیری آنزیم ها : آنزیم هیچ نقشی در تعیین جهت واکنش ندارد .

4 . ترکیب شیمیایی آنزیم ها : جزء اصلی ساختمان تمام آنزیم ها پروتین است .

پروتین ها 4 وظیفه در یک سلول دارند :

1 . بعضی ها نقش ساختمانی دارند .

2 . بعضی ها نقش ذخیره ای دارند .

3 . بعضی ها ناقل الکترون هستند مانند سیتوکروم ها .

4 . بعضی ها نقش حمال را دارند و موارد مختلف را حمل می کنند .

گروه پروستاتیک :

بعضی از آنزیم ها هستند که می توانند به تنهایی فعالیت کاتالیکی انجام دهند مانند اکثر هیدرولیز کننده ها مانند پروتازها و آمیلاز ها و ...

بعضی از آنزیم ها برای این که فعالیت کاتالیکی انجام دهند علاوه بر بخش پروتین نیاز به یک ماده آلی غیر پروتینی هم دارند تا بتوانند به وظیفه خود عمل کنند که این ماده غیر آلی غیر پروتینی را گروه پروستاتیک می گویند که این گروه توسط پیوندهای کووالانسی به بخش پروتینی چسبیده است .

برخی از پروتینها هستند که یک گروه کربو هیدرات (قند) به آنها متصل شده است که به این ها گلایکو پروتین می گویند.وجود این کربو هیدرات ها مانع تجزیه شده پروتین ها در برابر پروتازها میشوند .

در تعداد دیگری از آنزیم ها ، آنزیم ها نیاز به ماده آلی یا معدنی دارند که به آنزیم ها پروتین نچسبیده بلکه فعالیت آنزیم ها در حظور این ماده انجام می گیرد به این ترکیبات کوآنزیم می گویند . و تفاوتش با گروه پروستاتیک در این است که در پروستاتیک ماده ، آلی است و چسبیده به پروتین آنزیم می باشد ولی در کوآنزیم ماده ، آلی یا معدنی است و نچسبیده به پروتین آنزیم .

کوفاکتورها مانند کوآنزیم ها است با این تفاوت که اگر ماده مورد نظر همراه آنزیم معدنی باشد مانند مس به آن کوفاکتور گویند در گیاهان اکثر گروه های پروستاتیک ویتامینها هستند و به ندرت کوآنزیم هستند .

حرارت و دما باعث میشود که سرعت واکنش زیاد شود در واقع افزایش حرارت تعداد مولکولهای بیشتری را انرژیک می کند و در نتیجه تعداد بیشتری از مولکولها می توانند در واکنش شرکت کنند .

سرعت واکنش های شیمیایی به دو عامل بستگی دارد :

1 . دما         2 . انرژی اکتیواسیون

حرارت انرژی اکتیواسیون را تغییر نمی دهد .

انرژی اکتیواسیون بطور مستقل از حرارت می تواند روی سرعت واکنش ها و مولکولها تاثیر بگذارد .

حرارت در داخل سلول نمی تواند منشا اثر باشد (به دو دلیل)

الف ) اجزاء سلول حرارت را تحمل نمی کند .

ب ) تاثیر حرارت با تبعیض همراه نیست .

انرژیک شدن مولکولها در دنیای زیست نمی تواند از طریق حرارت باشد بلکه از طریق کنترل انرژی اکتیواسیون است .

آنزیم ها انژی اکتیواسیون را کم می کنند .

خود آنزیم ها تحت تاثیر عوامل مختلفی تغییر شکل می دهند این تغییر شکل را دناتوره شدن می گویند .

عوامل مختلفی در دناتوره شدن آنزیم ها موثر است :

1 . حرارت که باعث شکسته شدن باندهای هیدروژنی میشود .

2 . اکسید شدن .

3 . یونهای فلزی سنگین مانند نقره و جیوه و ...

4 . حلالهای آلی مانند استون ها و ...

در خصوص دناتوره شدن با حرارت این مطلب مهم است که آنزیم ها در شرایط خشک به حرارت تحمل بیشتری دارند .

عواملی که بر روی سرعت آنزیم ها موثر هستند :

مهمترین علت عامل غلظت است . وقتی که از غلظت صحبت میشود هم غلظت آنزیم مطرح میشود و هم غلظت سوبسترا . رابطه غلظت سوبسترا و سرعت واکنش را میتوانیم به این شکل نمایش دهیم .

با افزایش غلظت سوبسترا سرعت واکنش زیاد میشود ولی این افزایش بصورت خطی نیست و تا اندازه ای افزایش غلظت روی سرعت واکنش اثر گذاشته و باعث میشود آن زیاد شود و بعد در یک غلظت مشخصی سرعت ثابت می ماند .

ضریب میکیالیس منتن (Km) : عبارت است از غلظتی از سوبسترا که نصف سرعت Max را ایجاد می کند . مقدار Km  تقریباً ثابت است و فعالیتش مستقل از آنزیم است . مقدار Km  بستگی به عواملی متعدد از جمله PH ، دما ، نوع و مقدار آنزیم دارد .

هر گاه یک آنزیم واکنشی را بین دو یا چند سوبسترا کاتالیزور کند Km آنزیم برای هر سوبسترا متفاوت خواهد بود .

به سه دلیل از Km استفاده می کنیم :

1 . هر گاه غلظت سوبسترا را در جایی از سلول که آنزیم فعالیت می کند اندازه گیری کنیم میتوانیم پیشگویی کنیم که این سلول نیاز به آنزیم بیشتری دارد یا سوبسترای بیشتری . بعنوان مثال آنزیم های تنفسی از نظر سوبسترا اشباع نیستند یعنی در تنفس مشکل سوبسترا وجود دارد نه آنزیم .

2 . Km میل ترکیبی آنزیم با سوبسترا را نشان می دهد . بعبارت دیگر هر چه مقدار Km کوچک باشد میل ترکیبی آنزیم با سوبسترا بیشتر است .

3 . Km یک تخمین تقریبی از غلظت سوبسترا و آنزیم در بخشی از سلول که واکنش صورت می گیرد بدست می آید .

آنزیم ها در PH خنثی فعالیت می کنند و هر گونه انحراف از این PH منجر به کاهش سرعت خواهد شد .

سرعت واکنش آنزیمی بستگی به سرعت محو شدن سوبسترا یا سرعت تولید ترکیب حاصل و یا هر دو بستگی دارد .

هر چه غلظت سوبسترا کم شود سرعت واکنش هم کاهش می یابد .

مواد بازدارنده : بعضی از مواد مانند کاتیون های فلزی واکنش آنزیم ها را مختل می کنند که به آنها مواد بازدارنده می گویند .

کشاورزی در واقع یک سیستم بهره برداری از انرژی خورشیدی است که این بهره برداری از طریق فتوسنتز انجام میشود و از این طریق منبع مهمی از انرژی برای انسان به دست می آید . عملکرد گیاهان زراعی هم بستگی به سرعت و اندازه فتوسنتز دارد و بنابراین در راس عملکرد تاثیر نور روی فتوسنتز میتواند موثر باشد . با توجه به این که نور مهمترین منبع انرژی در فتوسنتز است بنابراین مطالعه روی این منبع انرژی تشعشی و تاثیر آن روی دنیای زیست لازم است .