قالب وبلاگ


بوم شناسی
بوم شناسی علم مطالعه روابط موجودات زنده با همدیگر و همچنین محیط آنهاست 
نويسندگان

آنزیم نیتروژناز علاوه بر احیای نیتروژن قادر به احیای پیش ماده‌های دیگر با ویژگی معمول، مولکول‌های کوچک و با پیوندهای چندگانه است. از جمله سوبستراهای این انزیم عبارت‌اند از: استیلن و دیگر الکین ها مانند پروپین و 1ـ بوتین ، الکن ها مانند آلن، 3و3ـ دی فلوروسیلکوپروپن، اتیلن و سیلکو پروپن، ترکیبات حاوی کربن و نیتروژن با پیوند سه گانه از جمله سیانید هیدروژن، نیتریل ها و ایزونیتریل ها و... . نیتروژناز همچنین می تواند پیوندهای C=O و C=S را در کربونیل سولفید (COS)،کربن دی سولفید (CS2)، تیوسیانات و سیانیت احیا کند.

     جنبه مهم فهم سازوکار نیتروژناز این است که چطور و کجا سوبستراها باند می‌شوند؟ با استفاده از جانشینی آمینو اسیدها در کوفاکتور Fe Mo اطلاعات قابل‌توجهی به دست آمده است. با این جانشینی ها ثابت شد که یک ارتباط معکوس بین اندازه زنجیره جانبی در موقعیت آلفا والین شماره 70 (α-Val70) و اندازه سوبسترا وجود دارد. به طوری که با کاهش اندازه زنجیره جانبی اندازه سوبسترا افزایش و با افزایش آن سایز سوبستراها کاهش می‌یابد. جایگاه احیا سوبسترا در صفحه 4Fe4S  ویژه در کوفاکتورFeMo  قرار دارد که α-Val70  سایز سوبستراها را برای دستیابی به جایگاه فعال کنترل می‌کند. Fe6 به عنوان یک جایگاه پیوندی ویژه برای برهم‌کنش سوبسترا در کوفاکتور است. الکین ها و نیتروژن نیز به احتمال بسیار زیاد در یک جایگاه احیا می‌شود.

به طور خلاصه با در نظر گرفتن Co، استلین، آزید، N2O و N2 ، دو جایگاه پیوندی سوبسترا و مهارکننده وجود دارد که درون پروتئین Fe Mo قرار گرفته است. جایگاه اول که قادر به پیوند با استلین یا Co است اما قادر به پیوند با N2، آزید یا N2O نیست. جایگاه دوم قادر به پیوند با Co ، استلین، آزید، N2O و سوبستراهای فیزیولوژیکی N2 است. همچنین مشخص شد که سایت 1 و 2 درون یک صفحه 4Fe4S از کوفاکتور Fe Mo  قرارگرفته که توسط α-Val70 , α-Arg69  و α-His195پیوند شده است.

یکی از مهم‌ترین خصوصیات سازوکار احیای N2 توسط نیتروژناز این است که زمانی که N2 به آن باند می‌شود بدون هیچ حد واسطی در نیتروژناز وابسته به مولیبدن به 2NH3 تبدیل می‌شود. در مدل پیشنهادی، فعال‌سازی N2 منجر به تشکیل سریع و فوری حد واسط دیازن پیوندی با فلز می‌شود و هیدروژناسیون بعدی تشکیل هیدرودیازن پیوندی با فلز و نهایتاً با آزادسازی 2آمونیاک است. نیتروژناز باید انرژی این حد واسط ها را با پایداری آن‌ها کاهش دهد. که  اکثراً از طریق پیوند با کلاستر فلزی و احتمالاً از طریق واکنش با زنجیره‌های جانبی آمینو اسیدی این کار را انجام می‌دهد.

احیای پروتون: در فقدان N2 و سایر سوبستراها تمام الکترون‌هایی که نیتروژناز طی جریان الکترونی عبور می‌کند برای احیا پروتون به کار می رود. زمانی که N2وجود داشته باشد کمتر از 25درصد از جریان الکترونی به سمت احیا پروتون می رود و 75درصد در جهت احیا N2به کار می رود. مشخص‌شده که تولید H2 با احیا N2 رقابت می‌کند. H2 معمولاً هر جا یک هیدرید در محل آهن تشکیل شود تولید می‌شود و این زمانی است که پروتون‌های اضافی در عدم N2 پیوندی به کوفاکتور انتقال پیدا می‌کند اگر N2  به کوفاکتور متصل شود پروتون‌ها  N2 را احیا می‌کنند.

مهارکنندگان آنزیم نیتروژناز: CO یک مهارکننده غیررقابتی قوی برای تمام سوبستراها بجز پروتون است . در حضور CO انتقال الکترون در طول سیستم مهار نمی‌شود. اما تمام الکترون‌ها به سمت تولید H2 می روند. مهارکننده دیگر نیتروژناز NO  است که پروتئین آهن دار و احتمالاً پروتئین MOFe را به صورت غیر برگشت‌پذیری غیرفعال می‌کند. نیتریت نیز پروتئین آهن دار را به طور غیر برگشت‌پذیری غیرفعال می‌کند. بین سوبستراها نیز اثرات متقابلی وجود دارد برای مثال،  H2 و N2O مهارکنندگان رقابتی N2  هستند.  CH3NC ,N3-, CN- به طور دو جانبه رقابتی هستند اما با N2 غیررقابتی هستند.  C2H2  غیررقابتی با N2 و  N3- است و احیا CN-  را افزایش می‌دهد و نیز می‌تواند آزادسازی H2  را به طور کامل متوقف کند .  N2 به طور رقابتی احیا C2H2 را مهار می‌کند درحالی‌که C2H2 با N2 غیررقابتی است.

این مدل رفتار مهاری غیر دو جانبه بین N2 و C2H2 ایجاب می‌کند که مخزن الکترون در MOFe باید دارای 6 الکترون باشد تا N2 را احیا کند. اما تنها 2 الکترون برای احیا C2H2 کافی است. N2 و C2H2 هر کدام سایت پیوندی خود را دارند و مهار متقابل از اینجا نشأت می‌گیرد که آن‌ها مخزن الکترونی را به دام می‌اندازند. درحالی‌که غلظت بالای C2H2 این مخزن را کاهش می‌دهد بنابراین این مخزن هیچ‌گاه نمی‌تواند محتوای بیشتر از 2 الکترون باشد که بتواند N2 را احیا کند. غلظت بالای N2 هرگز دسترسی C2H2را به مخزن الکترونی ممانعت نمی‌کند. بنابراین C2H2 یک مهارکننده غیررقابتی در مقابل  N2 است.

خانم قاسمی - دکتری اصفهان


موضوعات مرتبط: فیزیولوژِی گیاهی، ،
برچسب‌ها:
[ چهار شنبه 8 خرداد 1392برچسب:نیتروژناز و پیش ماده‌های آن, ] [ 13:29 ] [ حمیدرضا قاسمی ]

 

بعد از تشکیل گرهک میزان و اندازه آن توسط گیاه میزبان می‌بایستی کنترل شود. برای جلوگیری از هد رفت انرژی و  تنظیم تعداد گرهک ها  یکسری سیستم های بازخوردی مانند سیستم خودکار گرهک([1]AON) و تنظیم  بازدارنده هورمونی محلی[2](مکانی)  وجود دارد. سازوکار مولکولی مسیر AON بعد از شناسایی موتانت های بيش گره زا  به صورت فعال صورت گرفت. اثر متقابل موتانت هاي بيش گره زا و گياهان طبيعي نشان داد كه فنوتيپ بيش گره زا توسط ژنوتيپ ساقه شناسايي می‌شود. تحقيقات نشان می‌دهد كه سیستم خودکار گرهک (AON)  از طريق انتقال علامت Q عمل می‌نماید. به این‌گونه كه  توسط يك گیرنده كه عمل كينازي در ريشه دارد تلقيح را درك يا به عبارتي تقسيم در ناحيه گرهك را دريافت می‌نماید و يا ايجاد يك پروتئين در آبکش ريشه اين مسير ادامه می‌یابد. اين پروتئين را Q می‌نامند كه از خصوصيات آن تحرك زياد است .اين پروتئين در برگ يا ساقه به وسیله يك پروتئين كيناز ديگري شناسايي مي شود و نهایتاً بر روي تقسيم سلولي در ناحيه گرهك اثر می‌گذارد. گیرنده های درگير در اين مسير شامل گیرنده های كينازي  غني از واحد هاي لوسين می‌باشند . اين كينازها  بسيار شبيه به كينازهاي CLV1 در علف گوش موشی می‌باشند كه رشد مريستم را كنترل می‌نمایند.  اين كيناز ها شامل يك بخش خارجي  غني از لوسين، يك بخش ميان غشايي و يك بخش كينازي در قسمت سیتوزولی می‌باشند. بنابراين پروتئين Q توسط ناحيه غني از لوسين در منطقه آپوپلاست شناسايي و در ك می‌شود اين عمل منجر به فعاليت ناحيه كينازي در منطقه سيتوزولي می‌شود. دو فسفاتاز ديگر به نام KAPP1 و KAPP2 كه در ارتباط با ناحيه  كينازي رسپتور می‌باشند فعال‌شده و نهایتاً باعث توليد بازدارنده گرهك يا [3]SDI می‌شوند . اين بازدارنده از طريق دستگاه آوندي به ريشه انتقال می‌یابد  و از تقسيم بیشتر و ايجاد گرهك هاي جديد ممانعت به عمل می‌آورد. مطالعات اخير نشان می‌دهد كه اين بازدارنده كوچك است (كمتر از يك كيلودالتون)، مقاوم به گرما، وابسته به نود عامل، نيازمند به فعاليت GmNARK براي سنتز و شبيه به پروتئين و RNA نيست. مطالعات  بيانگر دخالت هورمون جاسمونيك اسيد ( شبيه پروستاگلاندين در انسان ) را محتمل می‌داند.

 حضور نيترات در محيط پيام مناسبي براي گياه و حفظ انرژي است لذا گياه سعي بر كنترل  تعداد گرهك ها می‌نماید. در اين خصوص  نيترات شبيه سازوکار AON عمل می‌نماید. يعني حضور نيترات در محيط باعث توليد Q و انتقال آن به برگ می‌شود. در نهايت برگ ها با سنتز SDI از تقسيم بيشتر در گرهك ممانعت به عمل می‌آورند. البته علاوه بر مسير فوق، مسير ديگري يا ممانعت محلي نيز امکان‌پذیر است. بر اين اساس  نيترات ها  Q را در ريشه آزاد می‌نماید كه توسط AON LRR RLK مشابه برگ  دريافت می‌شود كه ممانعت ايجاد گرهك ها را سبب می‌شود. كاربرد برازینو استروئیدها است منجر به كاهش گرهك ها در موتانت En6500 در سويا شد. بعلاوه براسينوئيدها انتقال اكسين را آسان می‌نماید.  در علف گوش موشی مشاهده شده است كه  برازينوئيدها بيان PIN را افزايش مي دهند. بنابراين انتقال اكسين و به تبع آن تجمع اكسين در تنظيم محلي در گسترش گرهك ها نقش دارد. جاسمونيك اسيد باعث كاهش در تعداد د گرهك ها شد. كاربرد آبسزيك اسيد در ريشه اثر منفي بر تعداد گرهك ها دارد . با اين وجود غلظت بالاي اين هورمون در هر گرهك بيانگر اثر مثبت آن بر رشد و نمو هر گرهك است. اتيلن مانع افزايش تعداد گرهك ها در ريشه است اما نفوذ باكتري به گياه را تسهيل می‌کند. ساليسيليك اسيد مانع افزايش تعداد گرهك ها است ولی اثر مثبتي بر توليد ايزوفلاونوئيدها دارد. جيبرليك اسيد هم نقش مثبتي در توليد گرهك و افزايش آن دارد.

امیر حسین فرقانی - دکتری اصفهان

 


[1] systemic Auto-Regulation Of Nodulation

[2] local hormonal inhibitory regulation

[3] Shoot-Derived Inhibitor

 


موضوعات مرتبط: فیزیولوژِی گیاهی، ،
برچسب‌ها:
[ چهار شنبه 8 خرداد 1392برچسب:تنظيم گرهك, ] [ 13:24 ] [ حمیدرضا قاسمی ]

نیتروژن عنصری الکترونگاتیو است که موجودات زنده آن را در ساختار مولکول های خود مانند پروتیین ها و اسید های نوکلییک به کار می برند. آنزیم نیتروژناز عمل تثبیت نیتروژن را انجام می دهد، این آنزیم نسبت به اکسیژن حساس بوده و به طور برگشت ناپذیری غیرفعال می‌گردد. از این رو باکتری‌های تثبیت کننده غیرهوازی بوده و یا از مکانیسم‌هایی جهت غیرهوازی کردن بخش‌های مسئول در این فرآیند استفاده می‌نمایند. مکانیسم های حفاظت اکسیژن در ارگانیسم های تثبیت کننده ازت عبارتند از:استفاده از مکانیسم های تنفسی در ازتو باکتر جهت افزایش تنفس و مصرف تمامی اکسیژن موجود، اتصال به پروتیئن های خاص: مانند Shenthna در ازتوباکتر، تولید لعاب (Slime) ، حذف فتوسیستم 2 در جلبک های سبز آبی، تثبیت ازت در شب و فتوسنتز در روز واستفاده از لگ هموگلوبین ها. اولين بار هموگلوبين‌هاي گياهي در سال 1939 توسط Kubo شناسايي شدند. او با آناليز رنگدانه قرمز گرهك‌هاي ريشه گياهان توسط آزمايشات طيف جذبي و كريستاله كردن پروتئين و گروه هم اين نشان داد كه رنگدانه قرمز گرهك‌هاي ريشه سويا يك «هم پروتئين» مي‌باشد. بخش پروتئینی هموگلوبین ساختار آلفا هلیکس دارد و مولکول هم را احاطه می کند، هموگلوبین فرم پنتاکوردینانت و هگزا کوردینانت وجود دارند. در نوع پنتاکوردینانت 4 تا از 6 کوردینانت آهن را N حلقه پیرول هِم اشغال می کند، هیستیدین پروکسیمال با اتصال محکم به جایگاه 5 متصل و جایگاه 6 توسط لیگاند های خارجی از جمله O2 و یا  NOبه طور برگشت پذیر اشغال می گردد، نوع پنتاکوردینانت در نقل و انتقال نقش دارند که هموگلوبین های همزیست و هموگلوبین جانوری از این دسته می باشند، ساختار هگزاکوردینانت مشابه پنتاکوردینانت می باشد با این تفاوت که در جایگاه ششم هیستیدین دیستال با اتصال سست به جایگاه 6 متصل شده، اکسیژن از آهن الکترون گرفته با NO ترکیب شده و تولید NO3- می کند هموگلوبین های غیر همزیست از این گروه می باشند. در گياهان سه نوع هموگلوبين شناسايي شده است:لگ هموگلوبين‌ها (هموگلوبين‌هاي همزيست) symbiotic Hb، هموگلوبين‌هاي غير همزيستي non symbiotic Hb هموگلوبین هایTruncated  (2/2). تثبیت ازت توسط باکتریوئید در گرهک ریشه انجام می شود، نیرودهی تثبیت ازت توسط تنفس باکتریایی فراهم می شود، مقادیر زیاد اکسیژن اثر بازدارندگی بر نیتروژناز دارد و این مقدار توسط لگ هموگلوبین ها تنظیم می شود ، لگ هموگلوبین ها از لحاظ ساختاری پنتاکوردینانت می باشند، هموگلوبين‌هاي غير همزيستي به دو دسته nsHb1 میل ترکیبی زیاد با اکسیژن (ضریب تفکیک پایین با اکسیژن) و nsHb2 میل ترکیبی کمتر با اکسیژن تقسیم می شوند. nsHb1 در انتقال اکسیژن نقشی ندارد، بیان آن ها در تنش غرقابی و تیمار نیترات و نیتریت افزایش می یابد. در تنش غرقابی و شرایط هیپوکسی، میزان تنفس کاهش یافته به دنبال آن مقدار ATP  کاهش می یابد ، پمپ Ca++-ATPase رو به خارج تخریب و Ca++ سیتوزول افزایش و بیان nsHb1 افزایش می یابد، افزایش بیان nsHb1 در هیپوکسی به دلیل از بین بردن NO تولید شده می باشد. به این ترتیب که اکسیژن از آهن الکترون گرفته و با  NO ترکیب و نیترات و مِت هموگلوبین ایجاد می شود، و بعد از مدت کوتاهی دوباره NO و هموگلوبین بازیابی شده و این سیکل سبب تنظیم غلظت درونی NO و جلوگیری از آسیب های سلولی ناشی از آن و همچنین کنترل مسیر های فیزیولوژی وابسته به سیگنالینگ NO از جمله گراویتروپیسم، حرکات روزنه ای، جوانه زنی بذر، واکنش های دفاعی و مرگ برنامه ریزی شده سلول می گردد. از  nsHb2اطلاعات کمی در دست است، در آرابیدوپسیس هگزاکوردینانت هستند. Over expression  آن در آرابیدوپسیس در شرایط هیپوکسی نقش آن ها را در از بین بردن NO نشان داد. هموگلوبین های Truncated بر خلاف دو دسته قبلی که ساختار 3/3 داشتند، ساختار 2/2 دارند. در آرابیدوپسیس پنتاکوردینانت در هنگام گرفتن اکسیژن و در حالت احیا هگزاکوردینانت هستند. نقش trHb در گیاه سرکوب فرایند های دفاعی علیه همزیستی و جاروب کردن NO می باشد. سیر تکاملی از هگزا کوردینانت به سمت پنتاکوردینانت می باشد.

گرد آوری: خانم قلمکاری - دکتری اصفهان

 


موضوعات مرتبط: فیزیولوژِی گیاهی، ،
برچسب‌ها:
[ پنج شنبه 2 خرداد 1392برچسب:هموگلوبین های گیاهی, ] [ 23:38 ] [ حمیدرضا قاسمی ]
.: Weblog Themes By Iran Skin :.

درباره وبلاگ

کارشناس علوم گیاهی، کارشناس ارشد بوم شناسی گیاهی و دانشجوی دکتری فیزیولوژی گیاهی دانشگاه اصفهان
آرشيو مطالب
مهر 1393
مرداد 1393 خرداد 1393 ارديبهشت 1393 بهمن 1392 دی 1392 مهر 1392 شهريور 1392 تير 1392 خرداد 1392 ارديبهشت 1392 فروردين 1392 اسفند 1391 بهمن 1391 شهريور 1391 مرداد 1391 تير 1391 خرداد 1391 فروردين 1391
امکانات سایت

   آی پی رایانه شما :

خبرنامه وب سایت:





آمار وب سایت:  

بازدید امروز : 2
بازدید دیروز : 2
بازدید هفته : 8
بازدید ماه : 30
بازدید کل : 12617
تعداد مطالب : 141
تعداد نظرات : 7
تعداد آنلاین : 1