VIP ►◄ مقالات زیست ►◄

[☾♔TALAYEH_A♔☽]

رده بندی گیاهان دو لپه


اطلاعات اولیه
سلسله گیاهان (Metaphyta) در 4 شاخه قرار می‌گیرند. شاخه تالوفیتها یا ریسه داران که شامل جلبکها و قارچها هستند. شاخه نهانزادان آوندی و شاخه گیاهان دانه‌دار. سه شاخه اخیر تحت عنوان کروموفیتها یا گیاهان تنه‌دار ، نامیده می‌شوند. شاخه گیاهان دانه‌دار به دو زیر شاخه بازدانگان و نهاندانگان تقسیم می‌شود. زیر شاخه نهاندانگان شامل دو رده تک لپه‌ایها و دو لپه‌ایها می‌باشد. دو لپه‌ایها خود شامل دو لپه‌ایهای بی‌گلبرگ ، دو لپه‌ایهای جدا گلبرگ و دو لپه‌ایهای پیوسته گلبرگ می‌باشد که تعداد زیادی از گیاهان دانه‌دار را در خود جای داده‌اند.

دو لپه‌ایهای جدا گلبرگ Dialypetalae
گیاهانی هستند با گلهای کامل و دو جنسه که پوشش گل آنها به صورت کاسبرگ و گلبرگ تمایز یافته و اجزای گل در چرخه‌های متوالی و به صورت متناوب باهم قرار دارند و گرده افشانی در آنها بوسیله حشرات صورت می‌گیرد. جدا گلبرگها بالغ بر 70 هزار گونه گیاهی هستند و براساس ساختمان نهنج و نحوه قرار گرفتن اجزای گل در سه گروه فرعی قرار می‌گیرند.
تالامیفلورها
که در آنها نهنج گل برآمده یا گنبدی شکل است و اجزای گل مستقیما بر روی نهنج استقرار یافته‌اند و شامل 5 راسته است.

• راسته آلاله‌گان (Ranales): که برچه‌ها جدا از هم و اجزای گل غالبا در روی یک خط مارپیچی در سطح نهنج قرار دارند.
  
  
• راسته پاریتال (parietals): که برچه‌ها پیوسته بهم و تمکن آنها جانبی است.
  
  
• راسته گوتیفرال (Gutti ferales): که برچه‌ها پیوسته بهم و تمکن آنها محوری و کاسبرگها در داخل غنچه گل ، همپوشان هستند.
  
  
• راسته ختمی (Malvales): که برچه‌ها پیوسته بهم و تمکن آنها محوری و کاسبرگها در داخل گل به صورت کفه‌ای قرار دارند.
  
  
• راسته فرفیون (Euphorbiales): که برچه‌ها پیوسته بهم و تمکن آنها محوری ، گلها یک جنسه و غالبا فاقد گلبرگ هستند.

دیسیفلورها
که در آنها نهنج گل برآمده یا گنبدی شکل است و اجزای گل در سطح دستگاه مولد شهد و یا به حالت فررفته در آن قرار دارند.

• راسته شمعدانی (Geraniales): نافه شامل دو ردیف پرچم و دستگاه ترشحی به صورت غده‌هایی در پای پرچمها قرار دارد.
  
  
• راسته افرا (Sapindales): نافه شامل دو ردیف پرچم و دستگاه مولد شهد به صورت یک صفحه در محوطه خارجی پرچمها قرار دارند.
  
  
• راسته شمشاد (Celastrales): نافه شامل یک ردیف پرچم و دستگاه مولد شهد در داخل پرچمها و خارج پرچمها قرار دارد.

کالسیفلورها
سه جزء خارجی اجزای گل یعنی کاسبرگها ، گلبرگها و پرچمها از قسمت زیرین خود بهم پیوسته‌اند و نهنج پیاله مانند یا کوزه‌ای شکل را در انتهای دمگل بوجود آورده‌اند. این گروه شامل 5 راسته است.

• راسته گل سرخ (Rosales)
• راسته چتریان (Umbellales)
• راسته مورد (Myrtales)
• راسته گل ساعتی (Passiflorales)
  
  
• راسته کاکتوسها (Cactales)

دو لپه‌ایهای پیوسته گلبرگ Sympetalae
این گیاهان بالغ بر 50 هزار گونه هستند. گلبرگها در این گیاهان بهم پیوسته هستند. در اغلب پیوسته گلبرگها پرچمها به قسمت داخلی جام گل پیوستهاند. این گروه از گیاهان شامل 11 راسته هستند که در سه گروه قرار می‌گیرند.

گروه اول
پیوسته گلبرگهای 5 پیرامونی ، با تخمدان فوقانی و 5 برچه.

• راسته اریکال (Ericales): ابتدایی‌ترین راسته هستند، جام گل گاهی ناپیوسته ، نافه 10 پرچمی و پرچمها غیر متصل به گلبرگها.
  
  
• راسته پامچال (Primulales): جام گل پیوسته ، پرچمها به قسمت داخلی جام گل پیوسته‌اند.
  
  
• راسته خرمالو (Ebenales)
• راسته (Plumbaginales)

گروه دوم
پیوسته گلبرگهای 4 پیرامونی ، با تخمدان فوقانی و 2 برچه.

• راسته Gentianales: که از این راسته می‌توان به زیتون ، زبان گنجشک و یاسمن اشاره کرد.
  
  
• راسته Polemoniales: که از این راسته می‌توان به سیب زمینی و گوجه فرنگی اشاره کرد.
  
  
• راسته Personales: که از این راسته می‌توان به گل میمون ، گل جالیز و کنجد اشاره کرد.
  
  
• راسته Lamiales: که از این راسته می‌توان به نعنا، بارهنگ و شاه پسند اشاره کرد.

گروه سوم
پیوسته گلبرگهای 4 پیرامونی ، با تخمدان تحتانی و 2 برچه.

• راسته گل استکانی (Campanulales): که شامل گل استکانی و کدو است.
  
  
• راسته روناس (Rubiales): که شامل تیره روناس و بداغ است.
  
  
• راسته گل مینا (Asterales): که شامل تیره گل مینا ، تیره سنبل‌الطیب و تیره خواجه باشی می‌باشد.

دو لپه‌ایهای بی‌گلبرگ Monochlamideae

• راسته کازوآرینال (Casuarinales): گیاهانی هستند درختی با ظاهری شبیه دم اسبیان و گلها یک جنسه می‌باشد.
  
  
• راسته آمنتال (Amentales): در این راسته تیره‌های بید ، راش ، فندق و گردو قرار دارد.
  
  
• راسته گزنه (Urticales): در این راسته تیره‌های گزنه ، توت ، نارون و شاهدانه قرار دارد.
  
  
• راسته دانه مرکزیان (Centrospermales): در این راسته تیره‌های اسفناج ، گل میخک ، چغندر و لاله عباسی قرار دارد.
  
  
• راسته علف هفت بند (Polygonales): در این راسته تیره‌های ترشک ، علف هفت بند و ریواس قرار دارد.
  
  
• راسته Santalales: که در این راسته تیره معروف دارواش قرار دارد.

 

[☾♔TALAYEH_A♔☽]

انواع پروتئینها


مفاهیم کلی
پروتئینها از مولکولهای اساسی سلولها هستند که بیش از نیمی از وزن خشک آنها را می‌سازند. در ساختار همه اندامکها و اجزای فعال سلولها یافت می‌شوند و در ساخت و کار آنها نقش بنیادی دارند. بخش مهمی از ساختار اسکلت سلولی ، اتصالهای سلولی از پروتئینهای ساختاری (ساختمانی) متنوعی تشکیل شده است. پروتئینهای آنزیمی ابزار کار سلول سلولند و در انجام واکنشهای بیوشیمیایی سلولها به عنوان کاتالیزور ضرورت دارند. برخی پروتئینها عمل دفاعی دارند (پادتنها) و برخی در اعمال مهم زیستی دیگری نقش دارند.

برای مثال ، هموگلوبین و هموسیانین انتقال گازهای تنفسی را انجام می‌دهند و یا سیتوکرومها انتقال الکترونها و پدیده‌هایی از اکسایش و کاهش را عهده‌دار هستند. برخی هورمونها ، ساختار پروتئینی دارند مثل انسولین و بسیاری از مولکولهایی که به عنوان نشانه در برقراری ارتباطهای درون سلولی و بین سلولی عمل می‌کنند، ساختار پروتئینی دارند. پروتئینها مواد اصلی لازم برای رشد و ترمیم سلولها هستند و در موارد لزوم برای تامین انرژی مورد نیاز سلولها نیز مصرف می‌شوند.
تقسیم بندی پروتئینها از نظر عمل
نقش آنزیمی یا کاتالیزوری
آنزیمها پروتئینهایی هستند که یک یا چند محل ویژه به نام جایگاههای فعال دارند. ماده زمینه‌ای یا همان سوبسترا ، به این جایگاهها متصل می‌شوند در نتیجه ، سوبسترا از نظر شیمیایی تغییر پیدا کرده و به یک یا چند محصول تبدیل می‌شود. آنزیمها واکنش را تا رسیدن به حالت تعادل ، تسریع می‌کنند. آنزیمها آنقدر موثراند که ممکن است یک واکنش را 108 تا 1011 بار سریع‌تر ، از حالت غیر کاتالیزوری به انجام برسانند. آنزیمها تا حد زیادی برای سوبسترای خود اختصاصی هستند و اغلب مولکولهایی که نزدیک بهم هستند یا تفاوت کمی دارند نمی‌پذیرند.
ساختمانی
پروتئینها در قسمتهای مختلفی از سلول مثل غشای سیتوپلاسمی ، دیواره سلولی ، غشای اندامکها ، در ساختمان تاژک و مژک ، و در ساختمان پروتئینهای مربوط به اسکلت سلولی مثل کلاژن ، ریزرشته‌ها و ... شرکت دارند. بطوری که اگر ساختمان یک پروتئین خاص دگرگون شود مثلا کلاژن ، باعث دگرگونی شکل سلولهای ماهیچه‌ای می‌گردد و همین مقدمه‌ای برای بیماریهای ماهیچه‌ای خواهد بود.
پروتئینهای ناقل یا حامل
هر پروتئین ناقل ، طوری ساخته شده است که حمل و نقل گروه بخصوصی از مولکولها مثل یونها ، قندها و اسیدهای آمینه را بر عهده دارد. برای مثال ، در برخی باکتریها در برخی پروتئینهای غشایی آنها ، گلوکز صورت نمی‌گیرد. در انسان نیز بیماریهای خاص در این رابـ ـطه دیده شده است مثلا بیماریهای ارثی که حمل و نقل موارد بخصوصی را در کلیه و یا روده‌ها یا هر دو مختل می‌سازند. این پروتئینهای ناقل ، مانند آنزیمهای متصل شده به غشا و همانند پدیده اتصال آنزیم به سوبسترا عمل می‌کنند بطوری که هر پروتئین ناقل دارای یک یا چند نقطه اتصال اختصاصی است.
هورمونی
هورمونهای مترشحه از پانکراس ، پاراتیروئید از نوع پروتئین می‌باشند. این هورمونها از نظر فعالیت فیزیولوژیک و ساختمان شیمیایی باهم فرق دارند. هورمونهای پروتئینی در مقایسه با غیر پروتئینها ، وزن زیادتری دارند. ساختمان این نوع هورمونها ، از نانوپپتید گرفته تا کمپلکس گلیکوپروتئینی فرق می‌کند. از آنجمله می‌توان به هورمونهای پانکراس مثل انسولین ، هورمونهای هیپوفیزی مثل هورمون رشد و پرولاکتین اشاره کرد.

تقسیم بندی پروتئینها از لحاظ ساختمان آنها
ساختمان اول
که عبارتست از تسلسل اسیدهای آمینه و ایجاد پیوندهای آمیدی و دی‌سولفیدی. پس در ساختمان اول ، فقط پیوند کوووالان وجود دارد.
ساختمان دوم
این ساختمان به فضای قرار گرفتن واحدهای اسید آمینه که در کنار هم که به صورت خطی چیده شده‌اند، اشاره دارد. برخی از این چیده شدنها حالت منظم و پریودیک دارند مثل هلیکس α و صفحه چین‌دار β .
ساختمان سوم
به ارتباطات باقیمانده‌های اسید آمینه‌هایی که از هم دورند اطلاق می‌شود. بطوری که ایجاد ساختمان سه بعدی را می‌کند که پایدارترین ، ساختمان پروتئینها می‌باشد.
ساختمان چهارم
پروتئینهایی که از چند زنجیره پلی پپتیدی تشکیل شده‌اند علاوه بر ساختمانهای فوق ، دارای ارگانیزاسیون دیگری نیز می‌باشند. هر زنجیره پلی پپتیدی در پروتئین یک واحد (subunit) نامیده می‌شود. ساختمان چهارم ، به چگونگی چیده شدن این واحدها در کنار هم گفته می‌شود. هر زیر واحد از زیر واحد دیگر ممکن است متفاوت باشد مثلا در ایمنوگلوبین G (مولکول آنتی بادی اصلی در پلاسما) شامل دو زنجیره L (سبک) و دو زنجیر H (سنگین) می‌باشد.
تقسیم بندی پروتئینها از لحاظ ترکیب ساختمانی آنها
پروتئینهای ساده
پروتئینهایی هستند که از هیدرولیز آنها فقط اسیدهای آمینه بدست می‌آید و خود به دو دسته یعنی پروتئینهای کروی و رشته‌ای تقسیم می‌شوند.

1. پروتئینهای کروی

آنهایی هستند که مولکول آنها دارای شکل کروی یا بیضی بوده و در آب و محلولهای نمکی رقیق محلول‌اند و مهمترین آنها عبارتند از: آلبومین ، گلوبولینها ، هیستونها ، پروتامینها. آلبومین در سلولهای مختلف وجود دارد و به آلبومین داخل خون ، آلبومین سرم گویند که مقدارش نسبت به پروتئینهای دیگر سرم ، بیشتر است. از نقشهای این پروتئین تنظیم فشار اسمزی خون و نقل و انتقال مولکولهای کوچک مقل اسیدهای چرب و برخی از هورمونها می‌باشد. این پروتئین بوسیله سلولهای کبدی ساخته می‌شود.

در خون انسان چند نوع گلوبین وجود دارد که آنها را به صورت گلوبینهای α و β و δ تقسیم می‌کنند. که هر کدام وظیفه خاصی دارد مثلا نوع β ، حمل یونهای فلزی مثل Fe را انجام می‌دهند. هیستونها ، در هسته سلول یافت می‌شوند و به 5 نوع تقسیم می‌شوند. که در بین گونه‌ها ، یکسان می‌باشد. این پروتئین به این دلیل که اسید آمینه بازی زیادی دارد دارای خاصیت بازی می‌باشد. پروتامینها نیز مثل هیستون در هسته و در اجتماع با اسیدهای نوکلئیک یافت می‌شود و مثل هیستونها ، بازی هستند.

1. پروتئینهای رشته‌ای

پروتئینهایی هستند که از مولکولهای خیلی طویل رشته مانند ساخته شده‌اند و می‌توان آنها را به دو دسته تقسیم کرد. دسته اول که در محلولهای نمکی غلیظ محلول‌اند و دسته دوم که کاملا غیر محلول بوده و به آنها اسکلرو پروتئین گویند. در مورد پروتئینهای محلول دو مثال عمده ، انعقاد خون می‌شود) و میوزین و اکتین (پروتئینهای انقباضی) را نام می‌برند.

در مورد پروتئینهای غیر محلول به کلاژن ، کراتین و فیبروئین اشاره می‌کنند. کلاژن در بدن جانوران فراوان بوده و در پوست ، غضروف و قرنیه چشم به مقدار زیاد یافت می‌شود کراتین نیز در مو ، ناخن و چشم یافت می‌شود در رشته‌های خیلی طویلی را ایجاد می‌کند. فیبروئین ، پروتئین رشته ابریشم است و مقاومت مکانیکی آن بسیار زیاد است.

پروتئینهای ترکیبی
این نوع پروتئینها ، علاوه بر زنجیر پلی پپتیدی یک قسمت غیر پروتئینی به نام ریشه پروستتیک دارند و فعالیت زیستی آنها اغلب مربوط به این ریشه اضافی است این دسته از پروتئینها عبارتند از:

1. کرموپروتئینها: رنگی می‌باشند و شامل پروتئینهای مهمی مثل سیتوکرومها ، کاتالاز ، پراکسیداز و هموگلوبین و میوگلوبین (پروتئین ناقل O2 و HCO2- در خون و در ماهیچه) می‌باشند.
   
   
2. لیپوپروتئینها: پروتئینها با لیپیدها پیوند شده مولکولهای درشتی با وزن مولکولی خیلی بالا را ایجاد می‌کنند. مهمترین قسمتی از سلول که دارای لیپوپروتئین است غشای سلول و غشای اندامکهای آن می‌باشد.
   
   
3. گلیکوپروتئینها: بیشتر پروتئینها حتی برخی از پروتئینهایی که جزء پروتئینهای ساده طبقه بندی کردیم، در ساختمان خود شامل یک یا چند مولکول قندی می‌باشند که با پیوندهای کووالان با آنها ترکیب شده‌اند. مثل آلبومین تخم مرغ و گاماگلوبینها. این قند ممکن است گلوکز ، گالاکتوز ، مانوز و یا ترکیبات دیگر قندی باشد.
   
   
4. فسفوپروتئینها: این پروتئینها در مولکول خود دارای ریشه‌های اسید فسفریک هستند. یک نمونه از کازئین شیر می‌باشد که در حقیقت یک فسفوگلیکوپروتئین می‌باشد و یا فسفوپروتئین زرده تخم مرغ ، که بویژه بوسیله کبد پرندگان سنتز می‌شود و دارای مقدار زیادی فسفر است.

چشم انداز بحث
با پیشرفت در تکنولوژیهای زیستی احتمال کشف پروتئینهای جدید که به یکی از این دسته‌ها تعلق داشته باشد و یا ممکن است حتی گروه خاصی را تشکیل دهد، وجود دارد. اما چرا نیاز به پروتئینهای جدید می‌باشد؟ در مسیر تکامل ، تجلی یکسری از پروتئینها در طول یک دوره زمانی بلند ، خاموش و تجلی انواع جدیدی شروع می‌شود. همچنین ، مطمئنا در عالم حیات ، پروتئینهایی در مقدارهای بسیار کوچک و شاید اعمال بزرگ وجود دارند که تا حال علم زیستی ، موفق به کشف آنها نشده است.

 

[☾♔TALAYEH_A♔☽]

کلروفیلهای گیاهان


مقدمه
رنگ سبز گیاهان ، رنگ برخی از جلبکها و باکتریها (قهوه‌ای ، قرمز و بنفش) به نوع واکنشهای فتوسنتزی آنها وابسته است. رنگدانه‌های مسئول این رنگها در این موجودات عامل اصلی جذب انرژی نور خورشیدند. مهمترین این رنگدانه‌ها در فتوسنتز سبزینه (کلرفیل) موجود در گیاهان سبز است. کلروفیل در واقع پورفیرینهای منیزیم است که ساختارشان با پورفیرینهای آهن‌دار تفاوت دارد. این ساختار شامل دو بخش است: یک بخش سر که همان پورفیرین منیزیم‌دار است و یک بخش دم که از زنجیره هیدروکربنی آب‌گریز ساخته شده است. این زنجیره فیتول نیز نامیده می‌شود.

در گیاهان ، انواع مختلف کلروفیل وجود دارد که بر حسب ساختارشان به نام کلروفیلهای a ، b ، c و غیره نامگذاری شده‌اند. در گیاهان عالی معمولا دو نوع کلروفیل a و b وجود دارد که ساختار مشابهی دارند و تفاوتشان در گروه R آنهاست. اگر R یک گروه متیل (CH3) باشد، کلروفیل از نوع a و اگر عامل فرمیل (CHO) باشد کلروفیل از نوع b است هر دو کلروفیل a و b طول موج مشخصی بین 700 - 400 نانومتر جذب می‌کنند.

انواع کلروفیل در گیاهان
تمام گیاهان فتوسنتز کننده دارای کلروفیل a هستند ولی وجود کلروفیلهای کمکی (فرعی) مثل b ، c و d بستگی به نوع گیاه دارد. مثلا در گیاهان عالی معمولا کلروفیل b دیده می‌شود. در حالی که در جلبکهای سبز- آبی و قهوه‌ای و سرخ این کلروفیل وجود ندارد. رنگیزه‌های کلروفیل موجود در باکتریهای فتوسنتز کننده را باکتریو کلروفیل می‌نامند و دو نوع a و b از آن یافت می‌شود.
نسبت انواع کلروفیلها در گیاهان
در بیشتر گیاهان نسبت کلروفیل a به کلروفیل b بر حسب شدت نور که بر گیاه می‌تابد تغییر می‌کند. مثلا میانگین این نسبت در گیاهان آلپی (گیاهان گروههای آلپ) که در معرض نور شدید هستند حدود 5/5 است در صورتی که در گیاهان سایه پسند و گریزان از نور این نسبت 3/2 است.
طیف جذبی کلروفیلها
اگر نور تک رنگی به طول موجهای مختلف حاصل از منشوری را روی برگ سبزی بتابانیم و شدت فتوسنتز را در طول موجهای مختلف اندازه بگیریم، معلوم می‌شود که تاثیر نور آبی (با طول موجی نزدیک به 420 نانومتر) و نور سرخ (با طول موجی نزدیک به 680 - 670 نانومتر) به حد بیشینه بوده و تاثیر نور سبز با ( طول موجی حدود 600 - 500 نانومتر) به حد کمینه است. این طیف کنشی در رابـ ـطه با طول موج در مورد کلروفیل که رنگیزه عمده کلروپلاست در گیاهان است ظاهرا با خواص جذبی یا ، به عبارت بهتر طیف جذبی نور ارتباط دارد.

زیرا کلروفیل وقتی از برگ استخراج می‌شود دقیقا همان طول موجهایی را که به بیشترین وجه در فتوسنتز موثرند به مقدار زیاد جذب می‌کند. از مقایسه طیف جذبی رنگیزه‌های کلروفیل با طیف کنشی آن معلوم می‌شود که کلروفیلهای a و b و کارتنوئیدها در جذب نور برای فتوسنتز دخالت دارند. بعضی از این رنگیزه‌ها تنها نقش گیرنده انرژی نوری را ایفا می‌کنند و بطور غیر مستقیم با انتقال انرژی خود به رنگیزه‌های اصلی که مستقیما در تبدیل انرژی نوری به انرژی شیمیایی عمل می‌کنند نقش کمکی دارند.

طیف کنشی
طیف کنشی عبارتست از دامنه عمل رنگیزه مسئول واکنش نور شیمیایی که با اندازه‌گیری سرعت واکنش نور شیمیایی و در طول موجهای متفاوت و رسم منحنی آن بدست می‌آید.
طیف جذبی
طیف جذبی عبارت است از میزان یا دامنه جذب نور با طول موجهای مختلف توسط رنگیزه.
رابـ ـطه بین طیف جذبی کلروفیلها با ترکیب شیمیایی آنها
محلول خالص کلروفیل a آبی مایل به سبز و محلول کلروفیل b سبز متمایل به زرد است. طیف جذبی کلروفیل a با b تفاوت دارد و بر حسب نوع پروتئینی که با آنها ترکیب شده است تغییر می‌کند. طیف جذبی باکتریو کلروفیل نیز دارای دو نقطه بیشینه جذب یکی از ناحیه نور آبی و دیگری در فرو سرخ است که اوج جذبی اخیر بر حسب نوع پروتئینی که به آن متصل است بین 800 تا 890 نانومتر تغییر می‌کند.
ساختار شیمیایی کلروفیل
ساختار شیمیایی کلروفیل به این ترتیب است که در مرکز مولکول کلروفیل یک اتم منیزیم قرار دارد که به چهار شبکه کربنی موسوم به چهار حلقه پیرولی متصل است و قسمت حلقوی (پورفیرین) مولکول یا سر آن را تشکیل می‌دهد. در محل کربن شماره 7 این هسته پورفیرینی یک زنجیره بلند کربنی به نام زنجیر فیتولی اتصال دارد که قسمت دم مولکول را می‌سازد هسته چهار پیرولی یا سر مولکول کلروفیل قطب آب دوست و زنجیر فیتولی یا دم کلروفیل قطب آب گریز (یا چربی دوست) آن را تشکیل می‌دهد و به همین جهت کلروفیل و مولکولهای نظیر آن را ترکیبات دوپسند می‌نامند.

تفات ساختاری کلروفیل a با کلروفیل b
تفاوت ساختاری کلروفیل a با کلروفیل b در سومین کربن آنهاست. در کلروفیل a یک گروه متیل (CH3) به کربن شماره 3 متصل است در حالی که در کلروفیل b یک گروه آلدئیدی (O=HC) به این کربن چسبیده است.
جایگاه کلروفیلها
کلروفیلها و کارتنوئیدها تقریبا همیشه در قسمت تیغه‌ای (لاملی) کلروپلاست وجود دارند. زیرا تیغه‌ها که نیمی از آنها پروتئین و نیمی دیگر لیپید است محل مناسبی جهت اتصال مولکولهای دوپسند کلروفیل است. دم چربی دوست کلروفیل جذب بخش لیپیدی شده و سر آبدوست آن با بخش پروتئینی تیغه‌ها پیوندهای ضعیف تشکیل می‌دهد و همین امر موجب می‌شود که مولکولهای کلروفیل با نظمی خاص در داخل لاملها به ردیف درآیند.

 

[☾♔TALAYEH_A♔☽]

سلولهای بنیادی و پرورش ابر انسانها


مقدمه
درون جنین میلیونها سلول بنیادی وجود دارد که بزرگی همه آنها کمتر از یک نقطه است. این سلولها از پتانسیل بالایی برخوردار هستند و می‌توانند طی فرایند تمایز یابی به سلولهای بافتهای مختلف در بدن تبدیل شوند. پتانسیل تقریبا نامحدود این سلولها آنها را در کانون تحقیقات پزشکی قرار داده است. تصور کنید که این سلولها بتوانند حافظه بیمار مبتلا به آلزایمر را به وی برگردانند.

پوستی را که در اثر سانحه آسیب دیده جایگزین کنند یا بیمار معلولی را قادر به راه رفتن دوباره کنند! و .... اما پیش از آنکه دانشمندان نحوه استفاده از سلولهای بنیادی را برای مقاصد پزشکی فرا بگیرند باید دریابند که چگونه می‌توانند قدرت این سلولها را تحت کنترل خود درآورند. آنها باید نحوه استفاده از سلولهای بنیادی و تبدیل آنها به بافتها یا اندامهای خاصی را فرا بگیرند تا بتوانند یک بیمار یا بیماری علاج کنند.

سلول تخم لقاح یافته

سلول بنیادی چیست؟
سلول بنیادی سازنده بدن انسان است. سلولهای بنیادی درون جنین در نهایت به سلول ، بافت و اندامهای مختلف بدن جنین تبدیل می‌شوند. برخلاف یک سلول معمولی که قادر است با تکثیر شدن چندین سلول از نوع خود را بوجود آورد سلول بنیادی همه منظوره و بسیار توانمند است و وقتی تقسیم شود، می‌تواند به هر یک از انواع سلولها در بدن تبدیل شود. سلولهای بنیادی از قابلیت خود نوسازی هم برخوردارند. سلولهای بنیادی خود بر دو نوع هستند. سلولهای بنیادی جنینی و سلولهای بنیادی بالغ.

سلولهای بنیادی جنینی از جنین بدست می‌آیند. یک جنین 3 تا 5 روزه حاوی سلولهای بنیادی است که به شدت در حال تکثیر هستند تا اندامها و بافتهای مختلف جنین را بسازند. افراد بالغ نیز در قلب ، مغز ، مغز استخوان ، ریه‌ها و اندامهای دیگر خود سلولهای بنیادی دارند. این سلولها مجموعه‌های درونی مخصوص ترمیم هستند و سلولهایی که بر اثر بیماری ، مصدومیت و کهولت سن صدمه می‌بینند دوباره تولید می‌کنند.
تاریخچه
در اوایل دهه 1980 میلادی دانشمندان نحوه قرار گرفتن سلولهای بنیادی جنینی از موش و کشت آنها را در آزمایشگاه فرا گرفتند و در سال 1998 برای اولین بار در سلولهای بنیادی جنینی انسان را در آزمایشگاه تولید کردند. اما این سوال پیش می‌آید که پژوهشگران جنین انسان را از کجا بدست می‌آورند؟ جنین را می‌توان با تولید مثل ، تلفیق اسپرم و تخمک یا شبیه سازی تولید کرد.

جنین در مرحله 8 سلولی

راههای تولید جنین
تولید مثل
این راه طبیعی تولید جنین است.
تلفیق گامتها در شرایط آزمایشگاه
پژوهشگران تمایل زیادی به تولید جنین از طریق تلفیق اسپرم و تخمک ندارند. با این وجود بسیاری از آنها جنینهای بارور شده در کلینیکهای بارورسازی استفاده می‌کنند. گاهی اوقات زوجهایی که نمی‌توانند بطور طبیعی بچه‌دار شوند و می‌خواهند به شیوه مصنوعی صاحب فرزند شوند چندین جنین بارور شده تولید می‌کنند که همگی آنها مورد استفاده قرار نمی‌گیرند. و جنینهای اضافی را برای انجام تحقیقات علمی اهدا کنند.
شبیه سازی درمانی
در این شیوه یک سلول از بیماری‌ که نیازمند درمان از طریق سلول بنیادی است با تخمک اهدا شده ادغام می‌شود. پس از آن هسته تخمک جدا شده و هسته سلول شخص بیمار جایگزین آن می‌گردد. سپس تخمک حاصل از طریق شیمیایی یا الکتریکی تحـریـ*ک می‌گردد تا تقسیم سلولی انجام دهد. جنین حاصل مواد ژنتیکی بیمار را حمل خواهد کرد که می‌تواند پس زدن سلولهای بنیادی را پس از پیوند آنها به میزان زیادی کاهش دهد.
تکثیر سلولهای بنیادی در آزمایشگاه
جنین 3 تا 5 روزه را بلاستوسیست می‌نامند. یک بلاستوسیست توده ای مشکل از 100 سلول و یا بیشتر است. سلولهای بنیادی سلولهای درونی بلاستوسیست هستند که در نهایت به هر سلول ، بافت و اندام درون بدن تبدیل می‌شوند. دانشمندان سلولهای بنیادی را از بلاستوسیست جدا کرده و آنها را درون ظرف پتری دیش در آزمایشگاه کشت می‌دهند. پس از آنکه سلولها چندین بار تکثیر شدند و میزان آنها از گنجایش ظرف کشت فراتر رفت آنها را از آن ظرف برداشته و درون چندین ظرف قرار می‌دهند. سلولهای بنیادی جنینی که چندین ماه بدون ایجاد تمایز پرورش یافته‌اند خط سلول بنیادی نامیده می‌شوند.

این خطوط سلولی را می‌توان منجمد کرده و بین آزمایشگاهها به اشتراک گذاشت. کار با سلولهای بنیادی بالغ برای دانشمندان سخت‌تر است. زیرا استخراج و کشت آنها نسبت به سلولهای بنیادی جنینی دشوارتر است. یافتن سلولهای بنیادی در بافت بالغ به تنها مشکل است بلکه دانشمندان هم برای کنترل آنها در آزمایشگاه با مشکل رو به رو هستند. اما حتی کنترل سلولهای بنیادی جنینی هم که به خوبی در آزمایشگاه پرورش می‌یابند آسان نیست دانشمندان همچنان در تلاشند تا این سلولها را به رشد در انواع خاصی از بافت وادارند.

جنین در مرحله 38 روزه

موانع بر سر راه استفاده از سلول بنیادی
یکی از این موانع مشکل پس زدن است. اگر سلولهای بنیادی جنینی اهدا شده به یک بیمار تزریق شوند ممکن است سیستم ایمنی بدن بیمار این سلولها را مهاجمان خارجی تلقی کرده و به آنها حمله کند. اما استفاده از سلولهای بنیادی بالغ تا حدودی از این مشکل می‌کاهد. زیرا سیستم ایمنی بدن بیمار سلولهای بنیادی خود بیمار را پس نمی‌زند.
کاربرد سلولهای بنیادی در بازسازی سلولها
از سلولهای بنیادی می‌توان برای بازسازی سلولها یا بافتهایی استفاده کرد که بر اثر بیماری یا جراحت صدمه دیده‌اند. این نوع درمان به درمان سلولی معروف است. یکی از کاربردهای بالقوه این شیوه درمان ، تزریق سلولهای بنیادی جنینی در قلب برای بازسازی سلولهایی است که بر اثر حمله قلبی صدمه دیده‌اند. در یکی از تحقیقات ، پژوهشگران زمینه بافت ماهیچه آسیب دیده را بازسازی کردند و کارکرد قلب موشها را بهبود بخشیدند.

از سلولهای بنیادی می‌توان برای بازسازی سلولهای مغزی بیماران مبتلا به پارکینسون استفاده کرد. این بیماران فاقد سلولهایی هستند که ناقل عصبی موسوم به دوپامین را تولید می‌کنند. بدون وجود این پیک شیمیایی حرکت بیماران مبتلا به پارکینسون نامنظم و منقطع است. و این افراد از ارزشهای غیر قابل کنترل رنج می‌برند. در تحقیقات انجام شده روی موشها پژوهشگران سلولهای بنیادی جنینی را در مغز موشهای مبتلا به بیماری پارکینسون تزریق کردند و شاهد آن بودند که سلولهای بنیادی ، موشها را بهبود بخشیدند. دانشمندان امیدوارند که روزی بتوانند این موفقیت خود را در انسانهای مبتلا به پارکینسون هم تکرار کنند.

جنین دو ماهه

کاربرد سلولهای بنیادی در تولید اندام کامل
شاید دانشمندان بتوانند حتی یک اندام کامل را در آزمایشگاه پرورش داده و آن را جایگزین اندامی کنند که بر اثر بیماری آسیب دیده است. برای این کار باید نوعی چارچوب از جنس پلیمر زیست تجزیه پذیر را به شکل اندام مورد نظر بسازند و سپس آن را با سلولهای بنیادی جنینی یا بالغ بارور سازند. پس از آن عوامل رشد مخصوص آن اندام افزوده می‌شوند تا پرورش اندام را تحت کنترل و هدایت درآورند.

پس از آنکه چارچوب با بافت خاص آن اندام پوشیده شد آن را به بیمار پیوند می‌زنند. با بوجود آمدن بافت از سلولهای بنیادی چارچوب تجزیه شده و در نهایت یک گوش ، کبد یا هر اندام دیگر باقی خواهد ماند. از جمله بیماریهایی که احتمالا روزی یا درمان سلولی معالجه خواهند شد می‌توان به پارکینسون ، دیابت ، بیماری قلبی ، صدمه به نخاع ، سوختگی ، آلزایمر و ضعف بینایی اشاره کرد.
اختلاف نظر در مورد تحقیقات سلول بنیادی
تحقیقات سلول بنیادی یکی از بزرگترین موضوعاتی است که اجتماعات علمی و مذهبی را رو در رو قرار داده است و هسته این اختلاف یک سوال است حیات چه موقع آغاز می‌شود؟ برای بدست آوردن سلولهای بنیادی دانشمندان یا باید از جنینی استفاده کنند که بارور شده است و یا به روش شبیه سازی ، جنینی را از سلول بدن بیمار و تخمک اهدایی بسازند. در هر دو صورت برای جدا کردن سلولهای بنیادی یک جنین باید جنین از بین برود. و اگرچه این جنین تنها 4 یا 5 سلول را دربرمی‌گیرد. بعضی از رهبران مذهبی بر این باورند که این کار همانند گرفتن جان یک انسان است.
شبیه سازی انسان
مساله دیگر مورد اختلاف شبیه سازی انسان است. اگر دانشمندان بتوانند جنینی را در آزمایشگاه خلق کنند آیا نمی‌توانند آن جنین را درون رحم یک مادر دیگر پیوند زده و زمینه رشد یک نوزاد را فراهم کنند؟! ایده شبیه سازی انسان افکار هولناک و مخوف پرورش ابر انسانها با ضریب هوشی بسیار بالا و قابلیتهای فیزیکی مانند قهرمانان خیالی سوپر من و بت من و یا خلق کودکانی که صرفا برای استفاده از اندام پرورش می‌یابند را تداعی می‌کند.

هنگامی که گروهی از محققان اسکاتلندی در سال 1997 اعلان کردند که توانسته‌اند با موفقیت گوسفندی را به نام دالی شبیه سازی کنند وحشت ناشی از شبیه سازی شدت گرفت. حتی با افزایش آگاهی و شناخت دانشمندان از سلولهای بنیادی و توانایی کنترل آنها بحثهای اخلاقی و سیـاس*ـی در این مورد داغ‌تر و وخیم‌تر می‌شود. بسیاری از دولتها محدودیتهای شدیدی را بر تحقیقات سلول بنیادی اعمال کرده‌اند و تامین بودجه این تحقیقات را با مشکلات زیادی مواجه نموده‌اند.

آینده بحث
مخالفت جامعه جهانی با پدیده شبیه سازی مولد انسان گسترده و عام‌الشمول است. اما به نظر می‌رسد بسیاری از کشورها با انجام تحقیقات پزشکی برای مقابله با بیماری‌هایی چون پارکینسون ، آلزایمر ،‌ سرطان ازطریق تولید جنینهای آزمایشگاهی و همچنین تحقیق و بررسی روی آنها به منظور ایجاد توسعه و پیشرفت در علوم پزشکی و مهندسی ژنتیک بدون آن که هدف این تحقیقات تولد صرف انسان شبیه سازی شده باشد، مخالفت چندانی نداشته باشند. با وجود این ، برخی کشورها از جمله واتیکان مخالفت صریح و موکد خود را در این مورد ابراز داشته و با عمل شبیه سازی انسان با هر هدف و مقصودی که باشد، مخالفند.

از جمله استدلالهای این گروه برای مخالفت با شبیه سازی این است که ما با این کار به تولید انسان‌هایی اقدام می‌کنیم که در نهایت آنها را از میان می‌بریم و از اینرو ، در جهتی حرکت خواهیم کرد که منجر به نقض قواعد اساسی حقوق بشر و کرامت انسانی خواهد شد. آیا اصولا ما حق داریم که با انسان زنده آزمایشهای علمی بکنیم . بعضیها می‌گویند که اینکار به بشریت خدمت خواهد کرد ممکن است این گفته درست باشد ولی آیا شما حاضرید خود حاصل چنین تولدی باشید و محکوم به تولد برای آزمایش و ابزار آزمایش دانشمندان باشید؟

 

[☾♔TALAYEH_A♔☽]

بافت شناسی در گیاهان


تاریخچه
بافت شناسی گیاهی تاریخی دیرینه دارد و با کوشش دانشمندان مثل مالپیگی و گرو ، ابتدا در اواسط قرن هفدهم بنیانگذاری شد. گرو توانست تصاویر دقیقی ار بافتهای گیاهی را کشف کند که هم اکنون نیز استفاده می‌شود.
مفاهیم پایه
بافتهای گیاهی بسیار متنوعند و اصولا تنوع آنها در نتیجه تکامل بوجود آمده است. بدین صورت که گیاهان گلدار (تک لپه‌ای و دو لپه‌ای) دیده می‌شود. چون در این گروه ، بافتها و سلولها به حد والایی از تکامل خود رسیده اند و کاملا اختصاصی شده‌اند.

در گروههای پست‌تر ، بافتها تنوع کمتری دارند مثلا در خزه‌ها ، اگر چه تا حد زیادی تقسیم کار صورت گرفته اما هنوز بافتها تمایز کامل نیافته و کاملا اختصاصی نشده‌اند. بنابراین بافتها ، عمدتا پارانشیمی می‌باشند و در نهانزادان آوندی ، بعضی از بافتها نظیر بافت هدایت کننده برای اولین مرتبه تمایز یافته است و بعد تکامل آنها ادامه می‌یابد تا در گیاهان گلدار به حد کمال خود می‌رسد و کاملا اختصاصی می‌شود.
انواع بافتهای گیاهی
بافت مریستم
این بافت ، بافت فوق‌العاده مهمی است چون منشا کلیه بافتها و ساختمانهای گیاهی است. بافت مریستم بافت نسبتا پیچیده‌ای است که در اندامهای مختلف به صور گوناگون یافت می‌شود و در هر مکان از خصوصیات ویژه‌ای برخوردار است. اگر چه فعالیت مهم سلولهای بافت مریستم تقسیم و تکثیر سلولی است ولی در موقعیتهای مختلف و اندامهای مختلف ، شکل و وضعیت متفاوتی را به خود می‌گیرند و عهده‌دار تشکیل اندامها و بافتهای خاصی می‌باشند.

بنابراین ، سلولهای مریستمی در جایگاههای مختلف از نظر فیزیولوژیکی و طرز تقسیم ، کاملا اختصاصی عمل می‌کنند. سلولهای بافت مریستم عموما فاقد واکوئل می‌باشند و گاه واکوئلهای ریزی دارند. دیواره سلولی نازک و فعالیت پرتوپلاسمی شدیدی داشته و قدرت تقسیم فوق العاده‌ای در آنها وجود دارد. بطوری که یک سلول مریستمی ممکن است قدرت تقسیم خود را هزاران سال حفظ کند.

بافت پارانشیم
یکی از بافتهای بسیار مهم است. این بافت ، یک بافت عمومی و همگانی محسوب می‌شود و در بسیاری از ساختمانها بخصوص ساختمان نخستین ، بافتهای دیگر درون آن واقع می‌شوند. بدین جهت ، بافت پارانشیم را گاهی ، بافت زمینه‌ای نیز می‌گویند. سلولهای این بافت ، تنها دارای دیواره نخستین و به کلی فاقد دیواره ثانویه می‌باشند. سلولهای این بافت ، دارای پروتوپلاسم فعال می‌باشند و در فعالیتهای مهم و حیاتی گیاهان شرکت دارند. سلولهای این بافت ، معمولا شکل خاصی ندارند و در هر مکانی با شکل و خصوصیات پرتوپلاسمی خاصی ، که در ارتباط با نوع فعالیت آنها می‌باشند ظاهر می‌گردند. این بافت شامل سه نوع بافت زیر می‌باشد.

1. بافت کلرانشیم: بافت پارانشیم فتوسنتزی می‌باشد چرا که این سلولها دارای کلروپلاستهای متعددی می‌باشند و فواصل سلولی زیادی بین آنها وجود دارد.
   
   
2. بافت پارانشیم ذخیره‌ای: وظیفه ذخیره در اندامهای مختلف مثل ریشه ، ساقه ، دانه و میوه را بر عهده دارد. که غالبا این مواد ذخیره‌ای شامل هیدرات کربن مثل نشاسته و گاهی نیز شامل دانه‌های روغنی و پروتئینی می‌باشند سلولهای این بافت فاقد شکل مشخص می‌باشند و دارای دیواره نازکی‌اند اما پروتوپلاسم آنها فعال است.
   
   
3. پارانشیم زمینه‌ای: تقریبا در همه اندامها بین بافتهای جداگانه قرار دارند و سلولهایش دارای شکلهای مختلف‌اند که بر حسب محل خود به بافتهای مختلف اسکرانشیم ، کلانشیم تبدیل می‌شوند یا در نقش انتقال مواد یا گاه در نقش ذخیره مواد یا نقشهای دیگر عمل می‌کنند.

بافتهای مقاوم

1. بافت کلانشیم: یک بافت مقاوم است که غالبا در ساختمانهای نخستین ساقه ، ریشه و اندامهای دیگر یافت می‌شود. این بافت معمولا در نواحی بیرونی اندامها نزدیک به روپوست به صورت دستجات سلولی یا استوانه سرتاسری یک لایه یا چند لایه سلولی ، ظاهر می‌شود. بافت کلانشیم فاقد دیواره ثانویه هستند و دیواره اولیه در آنها به طرز نامنظمی ضخیم می‌شود. نامنظم بودن رسوبات دیواره سلولهای بافت کلانشیم کمک موثری در شناسایی سریع این بافت می‌کند. به خاطر اینکه سلولهای این بافت فاقد دیواره ضخیم ثانویه‌اند بنابراین فعالیت پروتوپلاسمی نسبتا بالایی دارند.
   
   
2. بافت اسکلرانشیم: بافت مقاومی است که تقریبا در همه نقاط گیاه دیده می‌شود این بافت گاه به صورت اجتماع ، گاه به صورت یک یا چند لایه‌ای گاه نیز به صورت سلولهای پراکنده انفرادی دیده می‌شود بافت اسکلرانشیم هم در ساختمانهای نخستین و هم در ساختمانهای ثانویه گیاه دیده می‌شود. سلولهای این بافت به دو دسته فیبر و اسکلریدی تقسیم می‌شود. که بخصوص از نظر شکل باهم فرق دارند. فیبر سوزنی و کشیده اما اسکلریدی دارای اشکال متنوع می‌باشد.

بافت هادی

1. بافت آوند چوبی: بافت آوند چوبی همراه بافت آبکش ، به عنوان سیستم هدایت کننده است. این بافت در استوانه مرکزی اندامهای ریشه و ساقه قرار گرفته و دارای سلولهای متفاوتی مثل سلولهای غربالی وسل و تراکئید اختصاصی‌اند. اما برخی دیگر مثل سلولهای پارانشیم یا الیاف غیر اختصاصی می‌باشند. پس این بافت ، یک نوع بافت مرکب است.
   
   
2. بافت آوند آبکشی: بافت آوند آبکشی عهده‌دار انتقال مواد غذایی در گیاه است، یعنی انتقال شیره پرورده در اندامهای مختلف. در ارتباط نزدیک با بافت آوند چوبی قرار گرفته و در ساختمانهای نخستین اندامهای ریشه و ساقه ، درون استوانه مرکزی قرار دارد. ولی به علت عدم وجود دیواره ثانویه سلولهای آبکش ، تشخیص آن از سلولهای پارانشیمی در مشاهدات میکروسکوپی مشکل می‌باشد. این بافت نیز مثل بافت چوبی یک بافت مرکب است که دارای سلولهای اختصاصی مثل سلولهای غربالی و سلول همراه می‌باشند و نیز سلولهای غیر اختصاصی مثل پارانشیمی و الیاف.

بافت محافظ
بافت محافظ ، جهت محافظت از اندامهای گیاهی می‌باشد و قشر خارجی آنها را تشکیل می‌دهد. بافت محافظ دو نوع است: یکی بافت محافظی است که اندامهای گیاه را در رشد نخستین می‌پوشاند که آنرا روپوست یا اپیدرمیس گویند. دیگری بافت پریدرم که پوشش اندامها را در ساختمان پسین تشکیل می‌دهد که به آن بافت چوب پنبه‌ای هم می‌گویند. این دو بافت محافظ کاملا از هم متفاوتند.
بافت ترشحی
اعضای ترشحی در گیاهان بسیارمتنوع و کاملا متفاوت باهمند و بیشتر اوقات به صورت بافت مشخصی نمی‌باشند. بافتهای ترشحی آنها ممکن است که به صورت پرز غده‌ای ، سلول منفرد ، یک لایه سلول ، مجرا ، کیسه و یا لوله باشند.

 

[☾♔TALAYEH_A♔☽]

نانو بیوتکنولوژی


دید کلی
فناوری نانو ، چنانکه از نام آن برمی‌آید با اجسامی به ابعاد نانومتر سروکار دارد. فناوری نانو در سه سطح قابل بررسی است: مواد ، ابزارها و سیستمها. در حال حاضر در سطح مواد ، پیشرفتهای بیشتری نسبت به دو سطح دیگر حاصل شده است. موادی را که در فناوری نانو بکار می‌روند، نانو ذره نیز می‌نامند. برای آنکه تصوری از ریزی نانو ذره‌ها داشته باشیم بهتر است آن را با ابعاد سلول مقایسه کنیم. اندازه متوسط سلول یوکاریوتی 10 میکرومتر است. اندازه متوسط یک پروتئین 5 نانومتر است که با ابعاد ریزترین جسم ساخت بشر قابل مقایسه است. بنابراین می‌توان با بکارگیری نانو ذره‌ها نوعی مامور مخفی به درون سلول فرستاد و به کمک آن از بعضی رازهای نهفته در سلول پرده برداری کرد.

این ذرات آنقدر ریزند که تداخل عمده‌ای در کار سلول بوجود نمی‌آورند. پیشرفت در زمینه نانو فناوری نیازمند درک وقایع زیستی در سطح نانوهاست. از میان خواص فیزیکی وابسته به اندازه ذرات نانو ، خواص نوری (Optical) و مغناطیسی این ذرات ، بیشترین کاربردهای زیستی را دارند. استفاده از فناوری نانو در علوم زیستی به تولد گرایش جدیدی از این فناوری منجر شده است یعنی نانوبیوتکنولوژی. کاربردهای نانو ذره‌ها در زیست شناسی و پزشکی عبارتند از: نشانگرهای زیستی فلورسنت ، ترابری دارو و ژن ، تشخیص زیستی پاتوژنها ، تشخیص پروتئینها ، جستجو در ساختار DNA ، مهندسی بافت ، تخریب تومور از طریق گرمادهی به آن و بهبود تباین (کنتراست).

رابـ ـطه نانوتکنولوژی و بیوتکنولوژی
نانوتکنولوژی مجموعه‌ای است از فناوریهایی که به صورت انفرادی یا باهم در جهت بکارگیری و یا درک بهتر علوم مورد استفاده قرار می‌گیرند. بیوتکنولوژی جزء فناورهای در حال توسعه می‌باشد که با بکارگیری مفهوم نانو به پیشرفتهای بیشتری دست خواهد یافت. نانوبیوتکنولوژی به عنوان یکی از حوزه‌های کلیدی قرن 21 شناخته شده است که امکان تعامل با سیستمهای زنده را در مقیاس مولکولی فراهم می‌آورد. بیوتکنولوژی به نانوتکنولوژی مدل ارائه می‌دهد، در حالی که نانوتکنولوژی با در اختیار گذاشتن ابزار برای بیوتکنولوژی آن را برای رسیدن به اهدافش یاری می‌رساند.
نشانگرهای زیستی
از آنجا که انداه نانو ذرات ، در محدوده اندازه پروتئینهاست، می‌توان از آنها برای نشاندار کردن نمونه‌های زیستی استفاده کرد. برای این کار ، باید نانو ذره بتواند به نمونه زیستی هدف متصل شود و نیز راهی برای دنبال کردن و شناسایی نانو ذره وجود داشته باشد. به منظور ایجاد میان کنش بین نانو و نمونه زیستی ، نانو ذره را با پوشش بیولوژیکی مانند کلاژنها که نانو ذره ها را از نظر زیستی سازگار می‌کند، می‌پوشانند. می‌توان نانو ذره‌ها را فلورسنت کرده یا خواص نوری آنها تغییر داد.

نانو ذره‌ها در مرکز نشانگر زیستی قرار می‌گیرند و بقیه اجزا روی آنها قرار داده می‌شوند و این ساختار غالبا کروی است. کنترل دقیق بر اندازه متوسط ذرات امکان ایجاد کاوشگرهای فلورسنت را که باریکه‌های نوری را در طیف وسیعی از طول موج گسیل می‌دارند، فراهم می‌آورند. این امکان به تهیه نشانگرهای زیستی با رنگهای فراوان و قابل تشخیص ، کمک شایانی می‌کند. ذره مرکزی معمولا توسط چندین تک لایه از موادی که تمایل به واکنش ندارند مثل سیلیکا محافظت می‌شود.

مهندسی بافت Tssue engeering
سطح استخوان از ترکیباتی تشکیل شده است که حدودا 100 نانومتر عرض دارند. اگر سطح یک عضو مصنوعی به استخوان طبیعی پیوند بخورد بدن آن را پس می‌زند. دلیل امر تولید بافت مصنوعی در محل استخوان طبیعی و سطح مصنوعی می‌باشد. استئوبلاستها در بافت پیوندی استخوان وجود دارند و بخصوص در استخوانهای در حال رشد دارای فعالیت چشمگیری هستند. با ایجاد ذراتی در اندازه نانو در سطح مفاصل و استخوانهای مصنوعی احتمال دفع عضو جایگزین به دلیل تحـریـ*ک سلولهای استئوبلاست کمتر می‌شود. ایجاد این ذرات با ترکیب مواد پلیمری ، سرامیکی و فلزی چندی پیش توسط دانشمندان به اثبات رسید.
مواد مورد استفاده در ترمیم استخوان
دندانپزشکی و ارتوپدی استفاده می‌شود. ولی متاسفانه به دلیل آنکه بخش چسبنده‌ای که با Apatite (بخش فعال استخوان) پوشیده شده با تیتانیوم سازگار نیست فاقد فعالیت زیستی می‌باشد. استخوان واقعی نانوکامپوزیتی از موادی است که از ترکیب بلورهای هیدروکسید Apatite در ماتریکس آلی بوجود آمده و به حالت منفرد یافت می‌شود. استخوان طبیعی از نظر مکانیکی ، ضخیم و در عین حال دارای الاستیسیته می‌باشد و در نتیجه قابل ترمیم است.
ساخت یک دندان
مکانیسم نانویی دقیقی که منجر به تولید ترکیباتی با خواص مفید شود، همچنان مورد مطالعه و بررسی قرار دارد. اخیرا با استفاده از روش tribology یک دندان مصنوعی به صورت viscoelastic ساخته شده و دارای روکش نانویی می‌باشد. از خواص منحصر به فرد این دندان مصنوعی می‌توان به عایق بودن آن در مقابل خراش و افزایش التیام دندان اشاره کرد.
معالجه سرطان به روش فتودینامیک
معالجه سرطان با استفاده از روش فتودینامیک بر اساس نابودی سلولهای سرطانی بوسیله لیزری است که تولید اکسیژن اتمی می‌کند. به این طریق که اکسیژن اتمی رنگ خاصی را تولید می‌کند و سلولهای سرطانی بیش از سلولهاهای دیگر آن را جذب می‌کنند. در نتیجه فقط سلولهای سرطانی توسط چشمها حرکت می‌کند و در صورتی که شخص در معرض نور خورشید قرار گیرد باعث حساسیت در پوست و چشمها می‌شود.

برای این حل مشکل صورتهای آب گریز مولکول رنگها را داخل ذرات نانویی متخلخل مثل ormosil nano partical که دارای منافذی در حدود یک نانومتر می‌باشند قرار می‌دهند که این دارای دو مزیت است اولا از انتقال مواد رنگی به سایر نقاط بدن جلوگیری می‌کنند و ثانیا امکان ورود و خروج آزادانه اکسیژن را مهیا می‌سازد.

کاربردهای اکسید تیتانیوم
اکسید تیتانیوم (Tio2) می تواند به عنوان کاتالیزور نوری عمل نماید. هنگام تابش نور جذب فوتونها با انرژی بالا ، باعث برانگیختگی الکترونها و ایجاد رسانایی در مولکول می‌گردد. شکاف ایجاد شده بین دو جفت الکترون به مشابه یک جریان الکتروپوزیتیو در طول مولکول DNA باعث باز شدن دو رشته DNA از یکدیگر می‌گردد. در واقع تغییرات ایجاد شده بوسیله فوتونهای نور در مولکول Tio2 باعث می‌شود که این مولکول به شکل یک آنزیم آندونوکلئاز عمل نماید. این تواناییها در آینده می‌تواند تغییرات زیادی را در استفاده از داروها و ژن درمانی ایجاد نماید و توانایی پیوند Tio2 با بیومولکولهای مختلف راه را در ژن درمانی هموار خواهد نمود.

یکی از بزرگترین اشکالات دستکاری داخل سلول بوسیله این ریز ابزار این است که این ذرات به اندازه کافی توانایی کنترل ماده ژنتیکی داخل هسته را ندارند. ترکیب مولکول DNA با Tio2 در محیط خارج سلول نشاندهنده این مشکل است. به ازای اتصال Tio2 به هر 60 - 50 جفت باز فقط یک ناحیه ژنی در سلول پستانداران تحت پوشش قرار می‌گیرد که دانشمندان امیدوارند این مشکل نیز در آینده نزدیک حل شود. همچنین تحقیقاتی در زمینه استفاده از این ذرات به عنوان جایگزینی در توقف سنتز RNA به عنوان بازدارنده‌های سنتز RNA با مکانیزم ایجاد شکاف در RNA صورت گرفته که می‌تواند در صورت تکمیل شدن، امکان استفاده از این ذرات را در توقف سنتز RNA در سلولهای سرطانی فراهم نماید.
چشم انداز بحث
با توجه به پیشرفت سریع و دامنه گسترده بیوتکنولوژی زمینه‌های بروز انقالاب بیوتکنولوژی عصر جدیدی در علوم مختلف مانند بیولوژی ، پزشکی ، مهندسی ژنتیک فراهم گردیده است. به علاوه حوزه‌های دیگری مانند اقتصاد و سیاست نیز از آن تاثیر بسزایی پذیرفته است. هم اکنون از دیدگاه اخلاق زیستی در این رابـ ـطه سوالات مهم و اساسی مطرح شده است که علاوه بر اثرات بسزایی که بر پیشرفتهای علمی و سایر زمینه‌های علوم زیستی دارد، نسلهای آینده بشر را نیز به صورت گسترده‌ای تحت‌الشعاع قرار می‌دهد. در این باره مشارکت مداوم دانشمندان کنجکاو و خردمندی می‌تواند راه گشا بوده و بایستی با در نظر گرفتن این منابع و پیشرفتهای جدید و با امید به حل چنین مشکلات و مسائلی با فائق آمدن بر همه محدودیتها در جهت گسترش این دانش فعالیت نمود.

 

[☾♔TALAYEH_A♔☽]

بیوفیزیک مولکولی


اطلاعات اولیه
برای بررسی ساختمان ماکرومولکولها از روشها و تکنیکهای مختلفی استفاده می‌شود. اهم این روشها عبارتند از: روشهای طیف سنجی نظیر uv-Visib ، فلورسانس ، روزنانس مغناطیسی هسته (Nuclear magnetic resonance) و کریستالوگرافی. روشهای هیدرودینامیکی نظیر ته‌نشینی ، انتشار ، ویسکومتری ، الکتروفورز ، پیوند شدن لیگاند به ماکرومولکول. روشها و الگوهای تئوری متعددی برای پیش‌بینی ساختمان ماکرومولکولهای حیاتی وجود دارد که از جمله آنها می‌توان به روشهای فاسمن و چو (Fasman and chou) و گور (GOR) اشاره کرد.
ساختمان ماکرومولکولهای زیستی

پروتئینها
پروتئینها یکی از پلیمرهای تراکمی هستند که واحدهای سازنده آنها ، اسیدهای آمینه می‌باشد. در ساختمان پروتئینهای طبیعی 20 نوع اسید آمینه مختلف شرکت دارند. فرمول عمومی اسیدهای آمینه NH2-CHR-COOH می‌باشد که تفاوت اسیدهای آمینه در گروه R آنهاست. اسیدهای آمینه توسط پیوند پپتیدی به یکدیگر متصل شده و پروتئینها را تشکیل می‌دهند.

تمامی پروتئینها دارای 4 یا حداقل 3 ساختمان هستند. در ساختمان پروتئینها ، پیوند هیدروژنی ، پیوند الکترواستاتیک ، پیوند واندروالس و پیوند دی‌سولفید وجود دارد. برای مطالعه ساختمان غشایی پروتئینها ، شناخت صحیح از ساختمان و عملکرد اسیدهای آمینه بسیار مهم است. با استفاده از انواع تکنیکها ، ساختمان پروتئینها را مطالعه می‌کنند.

اسیدهای نوکلئیک
اسیدهای نوکلئیک شامل DNA و RNA است. برای DNA سه نوع ساختمان اول ، دوم و سوم را در نظر می‌گیرند. ساختمان اول مربوط به توالی نوکلئوتیدهاست. ساختمان دوم همان ساختمان دو رشته‌ای است که الگوی واتسون و کریک در مورد آن مطرح می‌شود و ساختمان سوم ، انواع مارپیچ را در زنجیر پلی نوکلئوتیدی مشخص می‌نماید. ساختمان RNA دارای انواع متفاوتی است که بر حسب محل و عملکرد آن می‌تواند تک رشته‌ای یا دو رشته‌ای باشد.
رابـ ـطه میان ساختمان و عملکرد ماکرومولکولهای زیستی
بسته به این که عمل یک ماکرومولکول چه باشد، ساختمان خاص خود را نیاز دارد. مثلا بعضی از ماکرومولکولها که در بافت اسکلتی حضور دارند، می‌باید ساختمان میله‌ای شکل سخت داشته باشند نظیر کلاژن. ماکرومولکولهایی که برای انجام وظایف خود می‌باید حرکت نمایند شکل گلبولی یا کروی دارند نظیر هموگلوبین و آلبومین.

از نظر انعطاف پذیری مولکولی نظیر DNA نسبتا سخت است در حالی که آلبومین سرم که وظیفه حمل اسیدهای چرب و بعضی یونهای فلزی را عهده‌دار است، انعطاف پذیر است. آنزیمها برای انجام فعالیت کاتالیتیکی خود دارای جایگاه فعال هستند. هر آنزیم سوبسترای اختصاصی دارد. جایگاه فعال هر آنزیم از نظر اندازه ، شکل و ماهیت با سوبسترایش ، هماهنگی دارد.
طیف سنجی
برای مطالعه ساختمان ماکرومولکولهای حیاتی ، روشهای متفاوتی بکار می‌رود که البته هیچ یک به تنهایی شناخت کاملی از آنها را در اختیار قرار نخواهد داد. بکارگیری روشهای مختلف می‌تواند توصیف نسبتا صحیحی از ماکرومولکول ارائه دهد. روشهای طیف سنجی از مهمترین روشهای مطالعه ساختمان ماکرومولکول است. در طیف سنجی مباحثی که یافت می‌شود شامل موارد زیر است.

طیف اتمی و استفاده از آن برای یافتن خصوصیات ماکرومولکولها ، طیف سنجی جذبی uv-Visible که برای شناسایی ، تعیین غلظت ، سنجش واکنشهای شیمیایی و تغییر ساختمان ماکرومولکولها بکار می‌رود.طیف سنجی مادن قرمز تفاوت چندانی با طیف سنجهای uv-Visible ندارد فقط این پیچیدگی را دارد که معمولا برای محلولهای آبی استفاده نمی‌شود. در این طیف سنجی گروههای شیمیایی که در uv-Visible در دسترس نیستند، قابل شناسایی هستند، عیب عمده‌ای که در طیف سنجی مادن قرمز وجود دارد جذب بالای آب می‌باشد که آنالیز مواد را در محلول آبی نزدیک به غیر ممکن ساخته است.

طیف سنجی رامان که سطوح انرژی ارتعاشی مولکول را بررسی می‌کند این مشکل را حذف می‌نماید. طیف سنجی فلورسانس ، اطلاعاتی درباره آرایش فضایی ، جایگاههای اتصال ، برهمکنش حلال ، درجه انعطاف پذیری و فاصله‌های بین مولکولی در اختیار محققان قرار می‌دهد. و بالاخره روش رزونانس مغناطیسی هسته (NMR) و روش رزونانس اسپین الکترون (ESR) اهمیت فراوانی در مطالعات بیوشیمیایی دارند.

الکتروفورز
انتقال ذرات بوسیله میدان الکتریکی را الکتروفورز گویند. این فرآیند شبیه ته‌نشینی است. در هر دو ، میدان ناشی از گرادیان پتانسیل سبب انتقال جرم می‌شود. از آنجا که الکتروفورز علاوه بر بار مولکول به جرم آن نیز حساس است، راه دیگری را برای جداسازی مخلوطها و تجزیه و تحلیل آنها ، فراهم می‌نماید. الکتروفورز در فاز محلول انجام می‌شود که علاوه بر یونهای بافر ، شامل یونهای ناشی از قسمتهای باردار خود ماکرومولکول است. یعنی خود ماکرومولکول را به تنهایی نمی‌توان مطالعه کرد. بلکه مطالعه آنها در حضور تعداد زیادی از یونهای دیگر انجام می‌شود که بر میدان موثر بر ماکرومولکول تاثیر داشته و سبب مشکل شدن تحلیل می‌شود.
ته‌نشینی
یکی از رایج‌ترین روشهایی که امروزه برای شناسایی ماکرومولکولها بکار می‌رود، روش ته‌نشینی Sedimentation است. با این روش می‌توان وزن مولکولی و شکل مولکولها را مشخص کرده و تغییرات ایجاد شده را نیز در آنها تشخیص داد. هر یک از موارد ذکر شده می‌تواند مبنایی برای جداسازی ترکیبات یک مخلوط باشد. اساسا تنها یک عمل توسط اولترا سانتریفوژ انجام می‌گیرد و آن اینکه ذرات بوسیله نیروی وارده به آنها وادار به حرکت شده و سپس پراکندگی غلظتی آنها در طول سانتریفوژ در یک زمان یا زمانهای مختلف تعیین می‌شوند.

یکی از سنجشهایی که هنگام حرکت ذرات در سانتریفوژ انجام می‌شود، تعیین سرعت ته نشینی و در نتیجه ضریب ته نشینی است. در حال حاضر دو نوع استفاده عمده از سانتریفوژ در تحقیقات بیولوژی به عمل می‌آید. در یک مورد از سانتریفوژ به عنوان وسیله‌ای برای جداسازی ماکرومولکولها ، سلولها و اجزای سلولی و ... استفاده می‌شود که به آن اولترا سانتریفوژ مقدماتی گویند. در مورد دیگر از آن به عنوان وسیله‌ای برای اندازه‌گیری دقیق وزن مولکولی استفاده می‌شود که سانتریفوژ تحلیلی نام دارد. اولتراسانتریفوژ در بیوشیمی بالینی کاربرد زیادی دارد.
پیوندشدن لیگاندهای کوچک به ماکرومولکول
عمل بیولوژیکی بسیاری از پلیمرهای زیستی به پیوندشدن مولکولهای کوچک و یا یونها مربوط می‌شود. برای انجام واکنش آنزیمی باید سوبسترا به آنزیم متصل شود. پروتئینهای ناقل نظیر هموگلوبین یا اکسیژن سروکار دارند. اغلب اعمال زیستی ناشی از برهم کنش مولکولهای کوچکی نظیر متابولیتها و تنظیم کننده‌ها ، با ناحیه خاصی از ماکرومولکولها می‌باشند. برای فهم عمل آنها به اطلاعاتی درباره پیوند شدن لیگاند به ماکرومولکول نیازمندیم. در این گونه مطالعات انتظار می‌رود به سوالات زیر پاسخ داده شود. ماکزیمم لیگاندی که می‌تواند به هر ماکرومولکول اتصال یابد چقدر است؟ ثابت تعادل چقدر است و ...
ویسکوزیته
مقاومت سیال در مقابل جاری شدن توسط ویسکوزیته یا ناروانی ، بیان می‌شود. محلولهایی که شامل ماکرومولکولها هستند، نسبت به حلال تنها از ویسکوزیته بیشتری برخوردار هستند. حجم محلولی که توسط ماکرومولکولها اشغال می‌شود، نسبت طول به عرض مولکول (نسبت محوری ماکرومولکول بیضی گون) و سختی مولکول از جمله پارامترهای موثر بر ویسکوزیته محلولهای ماکرومولکولی است. مباحثی که در بیوفیزیک مولکولی در مورد ویسکوزیته مطرح است شامل موارد زیر است، اثر ماکرومولکولها روی ویسکوزیته محلول ، ارتباط بین ویسکوزیته ذاتی و وزن مولکولی ، اندازه گیری ویسکوزیته با استفاده از روشهای مختلف و کاربردهای ویسکومتری.
ارتباط با سایر علوم
بیوفیزیک مولکولی با رشته‌های بیوفیزیک سلولی ، بیوشیمی ، زیست شناسی سلولی در ارتباط است.

 

[☾♔TALAYEH_A♔☽]

بیوفیزیک سلولی

مقدمه
ترکیبات عمده تشکیل دهنده غشاهای زیستی ، لیپیدها و پروتئینها هستند. غشای سلولهای پستانداران شامل مقدار کمی کربوهیدرات به صورت اتصال یافته با پروتئین (گلیکوپروتئین) و یا لیپید (گلیکولیپید) است. غشای سلولها بیشتر از فسفولیپیدها ساخته شده‌اند. پروتئینهای غشایی را به دو گروه تقسیم می‌کنند. پروتئینهای سراسری و پروتئینهای پیرامونی. روشهایی نظیر طیف سنجی فلورسانس و NMR قابلیت حرکت دو لایه لیپیدی را تایید می‌کنند. لیپیدهای غشایی همانند کریستال مایع رفتار می‌کنند و دارای سیالیت و تغییر پذیری هستند. این حالت برای غشای سلول توانایی انجام اعمال مهم غشایی را فراهم می‌کند. کانالهای متعددی در غشا وجود دارد که مولکولها و یونهای کوچک از آنها می‌گذرند.

غشای سلول به عنوان خازن الکتریکی
به استثنای قسمت مجاور سطوح غشای سلول ، بارهای منفی و مثبت دقیقا با یکدیگر برابر هستند. این موضوع موسوم به اصل خنثی بودن الکتریکی است. به این معنی که به ازای هر یون مثبت یک یون منفی در همان حوالی برای خنثی کردن آن وجود دارد. در غیر این صورت اختلاف پتانسیلهایی به میزان بیلیونها ولت در خارج مایعات ظاهر می‌گشت.

هنگامی که یونهای مثبت به خارج از غشا تلمبه زده می‌شوند این بارهای مثبت در طول سطح خارجی غشا صف می‌کشند و آنیونهایی که در داخل غشا باقی مانده بودند در طول سطح داخلی غشا صف می‌کشند. این امر یک لایه دیپولی از بارهای مثبت و منفی بین داخل و خارج غشا ایجاد می‌کند، این همان اثری است که هنگامی که سلاحهای یک خازن الکتریکی دارای بار الکتریکی می‌شود، بوجود می‌آید. لایه دو طبقه چربی به عنوان یک عایق برای خازن غشای سلول عمل می‌کند.
انتشار
اجسام به حالت حل شده مایل هستند تمام حجم حلال خود را بطور یکنواختی اشغال کنند. انتشار پدیده‌ای عمومی است و بر همه اجسام و همه حلالها مجری است. هر چه غلظت ماده منتشر شونده بیشتر بوده و وزن مولکولی آنها کمتر و چسبندگی محیط نیز کمتر باشد، انتشار سریعتر است. انتشار یک پدیده فیزیکی است و جهت حرکت و جابجایی مواد ضمن انتشار از محیط پر غلظت به طرف محیط کم غلظت است. برای سازگاری برخی سلولها با پدیده انتشار ، ویژگیهای آنها به شکل خاصی تغییر می‌کند، مثلا سلولهای ماهیچه‌ای طولی تا 10 سانتیمتر و ضخامتی حدود 100 - 10 میکرومتر دارند. بعد مسافت و سرعت انتشار در سلولها مهم است.
اسمز
عبور مولکولهای آب از پرده‌های دارای تراوایی نسبی را اسمز می‌گویند. عبور آب از غشای سلولی و ورود آن به سلول یا خروجش از سلول می‌تواند به صورت پدیده اسمز باشد. فشار اسمزی را می‌توان از رابـ ـطه زیر بدست آورد: p = mRT/V ، که P= فشار اسمزی ، m= تعداد ذرات__ ، R= ضریب ثابت گازها ، T= درجه حرارت مطلق و V= حجم ، می‌باشد. فشار اسمزی مانند فشار گازها به درجه حرارت و حجم بستگی دارد. غلظت اسمزی پلاسما را تونیسیته می‌نامند. نقطه انجماد پلاسمای خون حدود 0.54 درجه سانتیگراد است و با غلظت اسمزی 290 میلی اسمول در لیتر مطابقت دارد.

انتشار تسهیل شده
سد بین دو فاز در غشای سلولها اغلب یک لایه سلول می‌باشد که این سدها عبور مواد را به طریقه انتشار آزاد به تاخیر می‌اندازند. مواد غذایی باید اجازه ورود به درون سلول را داشته باشند و همچنین مواد زاید باید از سلول خارج شوند. در بسیاری از موارد اندازه ذرات بزرگ است و به طریقه انتشار نمی‌توانند از غشای سلول عبور کنند و برای عبور از غشا نیاز به حاملها و کانالهایی دارند. در انتشار تسهیل شده ، اجزای ویژه‌ای از غشاهای زیستی با حل شونده‌های خاص برهم کنش دارند که باعث تسریع عبور ذرات از غشاهای زیستی می‌شوند.
مکانیزم کانالها و حاملها
حاملها و کانالها ، دو رده مهم از حد واسطهای انتقال هستند. جنس اینها از پروتئین است. حاملها به مولکولهای حل شونده پیوند یافته و آنها را از غشا عبور می‌دهند. کانالها که از عرض غشا می‌گذرند، دارای دریچه‌هایی هستند و باز و بسته شدن آنها عبور مواد را سبب می‌شود. انتشار تسهیل شده یک فرآیند غیر فعال است که توسط پتانسیل شیمیایی یا پتانسیل الکتروشیمیایی حل شونده هدایت می‌شود.
موارد اختلاف انتشار تسهیل شده و انتشار آزاد

1. انتخابگری: جایگاههای پیوندی که روی حاملها قرار دارند، می‌توانند بسیار انتخابی عمل کنند. کانالها یونهای بزرگتر را با سرعتهای چند برابر حاملها عبور می‌دهند اما نسبت به حاملها از انتخابگری کمتری برخوردار هستند.
   
   
2. اشباع پذیر بودن: در انتشار تسهیل شده ، حاملها شامل جایگاههای اتصال ویژه هستند و دارای قابلیت اشباع پذیری هستند.
   
   
3. فعال کردن و تعاونی: سرعت حل شونده‌ای که در عرض غشا حمل می‌شود، می‌تواند سبب تاثیر بر سرعت انتقال به صورت تسهیل نمودن یا ممانعت نسبی شود.

انتقال فعال
انتقال مواد از غشای سلولی را که با مصرف انرژی زیستی ، انرژی حاصل از مولکولهای پرانرژی آدنوزین تری فسفات (ATP) و دخالت آنزیمها انجام شود را انتقال فعال می‌گویند. تعیین کننده نهایی نوع و جهت انتقال در حقیقت انتقال فعال است که بنابه نیاز سلول صورت می‌گیرد. این نوع انتقال می‌تواند در زمان انجام با پدیده‌هایی مثل شیب غلظت ، شیب الکتریکی همسو یا در خلاف جهت آنها انجام شود. برای مثال چنانچه سلول به گلوکز ، اسید آمینه یا یونی نیازمند باشد، با خروج ATP آن را حتی در خلاف جهت شیب غلظت یا شیب الکتریکی جذب خواهد کرد.
غشای سلول از دیدگاه فیزیک
به منظور مطالعه غشای سلول از دیدگاه فیزیک و شبیه سازی غشای سلول با استفاده از روابط فیزیکی ، ابتدا به روابط مقاومت و خازن اشاره می‌کنیم. در خازنها از دو صفحه موازی باردار تشکیل شده‌اند که بر روی یک صفحه بار منفی و بر روی دیگری بار مثبت وجود دارد. فضای میان دو صفحه سبب جدایی بار خواهد شد. خازنها ذخیره کننده بار هستند. شدت جریان عبور یافته از خازن متناسب با اختلاف پتانسیل است. اگر اختلاف پتانسیل صفر باشد، هیچ جریانی از خازن عبور نمی‌کند.

بنابراین هنگامی که پتانسیل غشا تغییر می‌کند، ظرفیت بار روی غشا نیز تغییر می‌یابد. این تغییر بار به مفهوم جریان یافتن یونها از میان غشا می‌باشد. این جریان متناسب با میزان تغییر پتانسیل غشا خواهد بود. پتانسیل غشای سلول را در حالت طبیعی پتانسیل آرامش و در شرایط دپولاریزه ، پتانسیل فعالیت گویند

 

[☾♔TALAYEH_A♔☽]

اختلالات دستگاه ایمنی بدن

مقدمه
سلولهای بیگانه‌خوار صورت می‌گیرد. ارتباط بین اجزا به طرق مختلف کنترل می‌گردد تا حداکثر کارآیی حاصل آید. اختلال در تکامل و تمایز سلولها ، در ساخته شدن فرآورده‌های آنها یا در تنظیم این فرآیندها می‌تواند اختلالات ایمونولوژیکی را از خفیف تا شدید و مرگبار باعث شوند. افرادی که نقص سیستم ایمنی دارند، اغلب دچار عفونتهای مکرر می‌شوند. بنابراین در هر فرد بیماری که دچار عفونتهای عود کننده می‌شود، باید احتمال اختلال در دستگاه ایمنی بدن را مد نظر قرار داد.

نقصهای اولیه سیستم بدن
شیوع نقصهای اولیه سیستم ایمنی در مقایسه با بیماریهای دیگر اندک است. از این میان ، نقص در تولید آنتی بادی 50 درصد ، نقص توام تولید آنتی بادی و ایمنی سلولی 20 درصد ، اختلالات سلولهای بیگانه‌خوار 18 درصد و نقص ایمنی سلولی 10 درصد کل موارد را تشکیل می‌دهند.
آگاماگلوبولینمی در نوزادان
این بیماری وابسته به جنس است و تنها در نوزادان پسر دیده می‌شود و نسبتا نادر است. این بیماری در حدود 6 - 5 ماهگی که نوزاد ایمونوگلوبولین G را که از طریق جفت از مادر در دوران جنینی دریافت کرده بود، از دست می‌دهد، ظاهر می‌شود. نوزاد مبتلا به این بیماری ، در این سن دچار عفونتهای مکرر باکتریایی می‌شود. بررسی ایمونوگلوبولینهای سرم نوزاد ، کاهش شدید یا حتی فقدان کامل این نوع ایمونوگلوبینها را نشان می‌دهد. نقص اصلی در این بیماری عبارت است از ناتوانی سلولهای پیش ساز لنفوسیت B در تبدیل به لنفوسیتهای بالغ. درمان انتخابی شامل تزریق دوره‌ای مقادیر زیادی ایمونوگلوبولین G می‌باشد که موثر است.
هیپوگاماگلوبولینمی شایع و متغیر
علت این بیماری که هم در مردان و هم در زنان دیده می‌شود، کاملا روشن نیست. شیوع آن بین 35 - 15 سالگی بیشتر است. بیماران مبتلا مستعد عفونت با باکتریهای عفونت‌زا و آنمی همولیتیک و لوپوس اریتماتوز منتشر می‌باشند. لنفوسیتهای B این بیماران قادر به تمایز به سلولهای ترشح کننده آنتی بادی نیستند. درمان این بیماری ، بستگی به شدت آن دارد.

نقصهای سیستم ایمنی ناشی از اختلالات لنفوسیتهای T و ایمنی سلولی
بیماران مبتلا به اختلالات لنفوسیتهای T شدیدا در معرض ابتلا به آنتی ژنهای وابسته به T نیز دخالت دارند، نقص در عملکرد آنها می‌تواند باعث اختلال در تولید آنتی بادی پس از برخورد با ایمن سازی بوسیله بسیاری از میکروارگانیسمها شود.
آپلازی مادرزادی تیموس (سندرم دی جرج)
این بیماری از مهمترین اختلالات لنفوسیتهای T است. این بیماری نتیجه اختلال در تکامل بن بستهای سوم و چهارم حلقوی ، در هفته 12 جنینی است. در این بیماری غده تیموس و غدد پاراتیروئید تکامل نمی‌یابند. این سندرم موروثی نیست. نوزادان مبتلا به عفونتهای مکرر مبتلا می‌شوند. درمان سندرم دی جرج عبارت است از پیوند تیموس جنینی.
کاندیدیازیس جلدی - مخاطی مزمن
این بیماری عفونت پوست و سطوح مخاطی است که بوسیله قارچ کاندیدا آلبیکنس ایجاد می‌شود. این بیماری مجموعه‌ای از سندرمهاست که با اختلال در عملکرد لنفوسیتهای T همراه است. این بیماری در زنان و مردان دیده می‌شود و شواهدی دال بر موروثی بودن آن وجود دارد. همراه با این اختلال ، گرفتاریهای دیگری هم ممکن است وجود داشته باشد که می‌توان به اختلالات متعدد غدد فوق کلیوی یا غدد پاراتیروئید ، بخصوص بیماری آدیسون که علت اصلی مرگ و میر این بیماران است، اشاره کرد. درمان کاندیدیازیس بسیار مشکل و شامل مصرف داروهای ضد قارچ می‌باشد.

نقص مختلط و شدید سیستم ایمنی (SCID)
بیماریهای ناشی از نقص مختلط سیستم ایمنی ، دسته ای از اختلالات سیستم ایمنی می‌باشند که علت آنها عدم توانایی سلولهای مادر و خونساز در تکامل به لنفوسیتهای T و یا لنفوسیتهای B و اختلال در عملکرد این سلولهاست. در این بیماریها ، کاهش شدیدی در تعداد لنفوسیتهای خون مشاهده می‌شود. این افراد در معرض بسیاری از عفونتها قرار دارند. از این نوع بیماریها می‌توان به نقص در آنزیم آدنوزین دآمیناز ، بیماری آتاکسی تلانژیکتازی و سندرم ویسکوت - آلدریچ اشاره کرد.
نقصهای ثانویه سیستم ایمنی
نقصهای ثانویه سیستم ایمنی ممکن است در پی از دست دادن لنفوسیتهای B یا T یا اختلال در عملکرد آنها در اثر بیماریهایی مانند لوسمی که در آن سلولهای سرطانی جانشین سلولهای عادی می‌شوند، بوجود بیاید. تاکنون شایع‌ترین علت اختلال ثانویه سیستم ایمنی در کشورهای پشیرفته ، مصرف داروهای شیمیایی برای درمان سرطان بوده است. بسیاری از داروها برای سلولهای مغز استخوان و لنفوسیتهای B و T سمی هستند.

همچنین استفاده از این داروها برای سرکوب سیستم ایمنی به منظور جلوگیری از رد اعضا پس از پیوند ، می‌تواند به اختلال در سیستم ایمنی و بیماری منجر شود. اختلالات ممکن است به دنبال عفونتهای شدید باکتریایی و شکست خوردن پاسخهای ایمنی نیز بوجود آید. این عفونتها اغلب به درمان با آنتی بیوتیک پاسخ نمی‌دهند و کشنده هستند.
سندرم نقص اکتسابی ایمنی (ایدز)
بیماری ایدز به دلیل آلودگی با ویروس نقص ایمنی انسانی HIV) Human Immudeficiency Virus) که یک رتروویروس است بوجود می‌آید. به فاصله 4 - 2 هفته پس از عفونت ، ضعف عمومی و علایم دیگر ظاهر می‌شود که همگی بعد از 2 - 1 هفته بهبود می‌یابند. مرحله دوم دوره نهفته است که ممکن است چند سال طول بکشد و سرانجام در مرحله سوم ، بیماری آشکار می‌شود.

بیمار مبتلا به ایدز تظاهرات مختلفی از این سندرم را ظاهر می‌سازد که مهمترین آن اختلال در سیستم ایمنی است که به عفونت با میکروارگانیسمهای فرصت طلب منجر می‌شود. این عفونتها در غیاب پاسخهای ایمنی موثر ، می‌توانند شخص را از پای درآورند. واکسنهای متعدد ضد HIV در دست ساختند. این واکسنها پپتیدهای مصنوعی پوشش ویروس و اجزایی از ویروس که به روی نوترکیبی ساخته شده‌اند را دربرمی‌گیرند.

بیماریهای ناشی از تولید غیر عادی اجزای سیستم ایمنی
بیماریهای سرطانی متعددی وجود دارند که در طی آنها ، استخوانها ، دستگاه عصبی ، مغز استخوان و کلیه‌ها گرفتار می‌شوند. در این بیماران که آنتی بادی بطور طبیعی ساخته نمی‌شود در معرض عفونتهای باکتریایی قرار دارند. بیماری ماکروگلوبولینمی با تولید و آزاد شدن مقدار زیادی ایمونوگلوبولین M همراه است. که باعث افزایش ویسکوزیته سرم خون ، کاهش سرعت جریان خون ، ایجاد لخته و اختلالات در دستگاه عصبی می‌شود.

 

[☾♔TALAYEH_A♔☽]

مفهوم جامعه در بیولوژی

دید کلی
گرد آمدن موضعی اعضای یک نوع جاندار ، در همه جای جهان جانداران عمومیت دارد. اما جمعیتهایی که جوامع واقعی را تشکیل دهند، چنین نیستند. افراد یکنوع ، زمانی گرد هم می‌آیند که محرکهای بیرونی آنها را به یک نقطه بکشاند. بدین ترتیب ، گیاهان ، جانوران و انواع جانداران دیگر ، متمایل به جمع شدن در نقاط مطلوب خود هستند. حتی آدمیان نیز گاهگاهی به منظورهای ویژه‌ای موقتا گردهم می‌آیند.

در مقابل ، افراد یک جمعیت جانوری تنها هماهنگی جامعه‌ای را می‌سازند که به روش تعاون باهم ارتباط متقابل داشته باشند. عنصر اساسی که منجر به چنان تعاونی می‌شود ارتباط گیریها دو جانبه است. در طبیعت جوامعی از گیاهان تشخیص داده می‌شود، که دارای قیافه رویشی معینی بوده و هر جا که شرایط لازم موجود باشد اجتماع نظیر با قیافه مشابه ، تشکیل خواهد یافت.

سازمان اجتماعی جانوران
در تمام جانوران اجتماعی اعضای یک گروه متقابلا بهم وابسته هستند، اما هر کدام در کار ویژه‌ای تخصص یافته‌اند. همکاری بین اعضای یک گروه ، توسط یک یا چند شکل ارتباط زیست شناختی یعنی فعالیتهای فردی برقرار می‌شود که رفتار سایر جانوران را به شکلی سازگار کننده تغییر رنگ و دادن حالات مختلف به بدن است. بیشتر جانوران اجتماعی علاوه بر ارسال و دریافت نشانه‌های ارتباطی ، حالت چند شکلی دارند. یعنی ساختمان بدنشان تخصصی شده است که این حالت در میان حشرات اجتماعی و مهره‌داران اجتماعی دیده می‌شود.
مزایای زندگی اجتماعی جانوران
سازگاری
زندگی اجتماعی از نظر سازگاری ، مزایای زیادی در بر دارد. رفتار اجتماعی به مجموعه جانوران امکان می‌دهد که بسیار فراتر از کارهای انفرادی همه افراد گروه ، کارایی داشته باشند. جانوران همکار اغلب بیشتر از فرد آنها در کسب غذا، یافتن جفت و فعالیتهای مربوط به حفاظت و دفاع کارایی دارند. در واقع یکی از رفتارهای ویژه زندگی اجتماعی ، قربانی شدن فرد بخاطر گروه را طلب می‌کند، همچنان که زنبورهای کارگر بعد از نیش زدن می‌میرند و بعضی انسانها زندگی خود را بخاطر دیگران فدا می‌کنند که این رفتار ، نوع گرایی نام دارد.
برقرار نگه داشتن شرایط مناسب
رفتار اجتماعی از طریق برقرار نگه داشتن شرایط مناسب برای متابولیسم و رشد ، می‌تواند امکان بقای موجود زنده را زیادتر کند. مثلا ماهی طلایی و سایر جانوران آبزی در محیطهایی که اندکی شرایط آن نامطلوب است به صورت گروههای اجتماعی بهتر از حالت فرد فرد زنده می‌مانند. زیرا ظاهرا ترشحات طبیعی بدن باعث خنثی شدن مواد سمی موجود در آب می‌شوند.
سایر مزایا
زندگی اجتماعی باعث تسهیل قابل توجه در یادگیری و رفتارهای تقلیدی می‌شود که عامل مهمی در حفظ بقای فرد محسوب می‌شوند. بالاتر از همه ، زندگی اجتماعی با تنظیم کردن و کنترل ارتباطات متقابل بین افراد سبب کاهش پرخاشگری و رقابت می‌شود. نزاعها را در سطحی غیر مرگبار نگه می‌دارد و همچنین با تأمین استاندارهایی برای رفتار امکان بقای فرد و همه گونه را فراهم می‌کند.
جوامع پیچیده
جوامع پیچیده و کاملا سازمان یافته جانورانی یافت می‌شود که از موقعیت تکاملی پیشرفته‌ای برخوردار هستند، مانند حشرات و مهره‌داران. زندگی اجتماعی در این دو گروه کاملا بطور مستقل از هم تکامل یافته است و سازمان اجتماعی آنها باهم تفاوت دارد.

حشرات اجتماعی
پیچیدگی قابل توجه و کارایی جوامع حشرات ، حاصل تقسیم کار بسیار جدی میان طبقات اجتماعی تخصص یافته آنهاست. اعضای هر طبقه از لحاظ ساختمان و کار ، برای انجام کنشهای اجتماعی ویژه‌ای تخصص یافته هستند. هنگامی که کنشهای هر زیر گروه تخصص یافته به درستی هماهنگ شده باشد، کلونی قادر به انجام فعالیتهای برجسته‌ای می‌شود که قابل حصول توسط یک یک طبقات نیست. عصاره سیستم طبقات اجتماعی این است که یک فرد هرگز آزاد نیست تا به اراده ، جایگاه خود را در جامعه بیابد و از سر آغاز زندگی ، وظیفه‌اش مشخص شده است. از حشرات اجتماعی می‌توان به زنبور عسل ، موریانه و مورچه اشاره کرد.
جوامع مهره داران
بیشتر مهره داران دقت زیادی را صرف پدید آوردن و نگه داشتن روابط بین خود و سایر اعضای گروه می‌کنند. گذشته از آن رفتاری که متکی بر شناسایی فردی باشد، اغلب سهم زیادی در نگهداری نظم در جامعه مهره داران و پایداری انواع مهره داران دارد. اگر اغلب تقسیم کارهایی در جوامع مهره داران وجود دارد. بندرت اتفاق می‌افتد که افراد به طبقات اجتماعی کوچکتری تقسیم شده باشند و تخصصی شدن از لحاظ ساختمان و عمل در مقایسه با جامعه حشرات بسیار کمتر است.
قیدهای اجتماعی
هر جامعه‌ای در محدوده قوانینی عمل می‌کند که باعث کاسته شدن از پرخاشگری فردی و جلوگیری از گسیختگی گروهند. این قوانین محدود کننده دارای پایه ارثی هستند، اما کاربرد آنها تا حدود زیادی آموختنی است. دو نوع قید از خاصه‌های جوامع مهره داران حساب می‌شود که عبارتند از سلسله مراتب برتری و دفاع از قلمرو. از آنجا که تعداد زیادی از افراد سطح پایین جمعیت با افزایش تراکم جمعت نمی‌توانند غذا یا جفتی برای خود بیابند، برقراری سلسله مراتب بطور مؤثر باعث محدود شدن رشد جمعیت بعضی گونه‌ها می‌شود.

سلسه مراتب برتری پرخاشجویی زیاده از حد را محدود می‌کند. با توزیع شدن افراد و تقسیم منابع در مکان ، دفاع از محدوده قلمرو ، نه تنها رشد جمعیت بسیاری از گونه‌ها را محدود می‌کند، بلکه از برخوردهای اجتماعی هم می‌کاهد. یک گروه اجتماعی را می‌توان ترکیب همزمان پیچیده سلسه مراتب برتری و تعیین محدوده قلمرو که نظیرش در جوامع انسانی قابل است، وابسته نگه داشت.
جوامع گیاهی
گونه‌های گیاهی سازنده فلوریک سرزمینی بطور تصادفی و بدون ارتباط با یکدیگر انتشار نیافته‌اند. بلکه همواره در موقعیتهای اکولوژیکی مشابه ، گونه‌هایی کم و بیش نظیر مشاهده می‌گردند. در حقیقت اگر محیطهای خاص مانند آبهای جاری و یا قطعات زمینهای شور را در نظر بگیریم، فقط گونه‌هایی را در این محیطها خواهیم یافت که انحصارا با آن محیط سازش یافته‌اند، مانند گیاهان آبزی و گیاهان هالوفت که تشکیل اجتماعات گیاهی با ترکیب معینی را می‌دهند و این اجتماعات در تمام موقعیتهای مشابه ، ولو دارای فاصله زیادی از هم باشند، باز هم به چشم می‌خورند.

برای هر شخصی که اطلاعاتی در گیاه شناسی داشته باشد، در نام یک گونه گیاهی نه تنها تجسم همان گیاه می‌گردد و بلکه همواره در ذهن وی تعدادی از گیاهان دیگر که پیوسته یا در غالب اوقات همراه گونه مذبور می‌باشند، نقش می‌بندد. بررسی علل و موجبات تشکیل چنین جوامع گیاهی که به عوامل محیط زندگی بستگی کامل دارد. جامعه شناسی گیاهی (phytosociologie) نام دارد.

روش بررسی جوامع گیاهی
گیاهان مانند جانوران در انتشار جغرافیایی خود از اصولی پیروی می‌کنند که شناسایی آنها برای انسان مفید بوده و در توسعه امکانات اقتصادی وی مؤثر هستند. روش شناسایی هر جامعه گیاهی شامل دو مرحله است. در مرحله اول ، با موضوعی که باید بررسی شود مستقیما برخورد حاصل کرده و بوسیله آزمایشاتی به اختصاصات آن پی برند. در مرحله دوم از روی هم ریختن مطالعات و تجربیات خود نتایجی اخذ می‌کنند که راهنمای بعدی ما در شناخت جامعه گیاهی محسوب می‌گردد.