آدرس

تهران - قلهک

۰۹۹۱۶۸۸۸۷۹۲

ارتباط مستقیم با ما

شنبه تا پنج شنبه 08:00 تا 20:00

ساعات کاری ما

عضویت در خبرنامه

درخواست مشاوره

در این مقاله چه می‌خوانیم؟

خواص و عملکرد بیوفوتون­ها

ویژگی همدوس بیوفوتون­ها بوسیله مطالعات آزمایشگاهی انتشار یافته است. این مطالعات نشان می­دهند که این فوتون­­ها در درون ارگانیسم­های زنده باید نقش مهمی بر عهده داشته باشند. برای فهم بهتر عملکرد بیوفوتون­ها، باید به بحث در مورد اینکه چگونه شاخه این بیوفوتون­های همدوس بوجود آمده­اند و منشا اصلی آنها چیست، توجه شود. پوپ بر این باور بود که احتمالا DNA منشا اصلی بیوفوتون­ها است. مقدار کوانتوم DNA در سلول­ها به میزان 1018 و حتی بیشتر، نشان می­دهد که مولکول DNA توانایی قوی برای ذخیره فوتون­ها دارد (POPP , 1989). از نقطه نظر ساختاری، فقط مولکول DNA می­تواند این میزان بالا از کوانتوم را داشته باشد. بر اساس مطالعات تئوری، لی شرح داد که در درون سوپر مولکول DNA،‌ باز­های (مولکول) برانگیخته می­توانند دیمر برانگیخته ای را تشکیل دهند که تابش اکسیمر را با نزدیکترین باز دارند، حتی زمانی که نزدیکترین باز در سطح برانگیخته نباشد. تابش اکسیمر DNA بر اساس قوانینی، مشابه تابش لیزر است (Li, 1992).

مولکول­های اسید نوکلئیک (DNA و RNA) بوسیله باز­های نیتروژن­دار (پورین­ها و پیریمیدین­ها)، قند‌های پنج کربنی (ریبوز یا دئوکسی ریبوز)، و گروه فسفات بصورت ماکرو یا سوپر ماکرو مولکول­ها ساخته شده اند. اکثر مولکول­های DNA در داخل سلول دو رشته ای هستند که ساختاری دابل هلیکس را بصورت مارپیچ راست گرد بوجود می­آورند. در فرم B  مولکول DNA،‌ یک دور از مارپیچ دو رشته ای 10 جفت باز و در حدود 4/ 3 انگستروم است، که برابری نزدیکی با فاصله ترکیب باند با یک باز دارد. یک مولکول DNA از میلیون­ها جفت باز آلی تشکیل شده است. چنین ساختارهای پیچیده مارپیچی بازها شرایطی را برای تحریک تابش فراهم می­کنند. در سلول­های زنده، بازهای تحریک شده در مولکول DNA به صورت ترمودینامیکی و بسرعت به سطوح پایین نمی­رسند، اما اگزیمر تشکیل می­دهند، که در سطوح بسیار پایداری هستند، سطحی دور از تعادل گرمایی. در حقیقت، این مکانیسمی برای ذخیره فوتون­ها در DNA است.

در برخی از فرایند­های مهم سلولی، مانند همانند سازی DNA، ترجمه، و سنتز پروتئین­ها،‌ ممکن است بیوفوتون­ها نقش داشته باشند. بر طبق نتایجی که از پروژه ژنوم انسان بدست آمده است، سلول­های هاپلوئید انسان حاوی مقداری در حدود109×3 جفت باز هستند، اما در میان آنها تنها 1 تا 5/1 درصد پروتئین­ها را کد می­کنند. مقدار عمده ای از DNA برای پروتئین یا RNA کد نمی­شود. چنین DNA حاوی توالی­های تکراری فراوانی می­باشد، که تا به حال عملکرد این توالی­های DNA ناشناخته مانده است. از نقطه نظر مشاهده ویژگی­های بیوفوتون­ها، چنین توالی­های DNA  برای تابش بیوفوتون­ها ضروری هستند و عملکردی تنظیمی برای کنترل ژن­ها دارند. ثابت شده است که در طول همانند­سازی DNA، مولکول­های DNA ابتدا از هم باز می‌شوند و سپس رشته جدید مکمل بصورت مستقیم 5←’ 3سنتز می­شود، بنابراین تنها یک رشته (رشته رهبر) پیوسته در جهت مشابه با حرکت چنگال، همانند سازی می­­شود. اوکازاکی دریافت که رشته­های دیگر به صورت قطعه ای سنتز می­شوند؛ ابتدا،‌ قطعات کوچکی از نوکلئوتید­ها سنتز می­شوند،‌ سپس توسط آنزیم­ها به یکدیگر متصل می­گردند، نتیجه اینکه، هر دو رشته در یک جهت  5←’ 3 همانند سازی می­شوند. با این حال،‌ تا کنون، ‌اینکه کجا و چگونه قطعات اوکازاکی شروع به سنتز می­کنند، روشن نیست. پاسخ ما این است که بیوفوتون­ها از تابش اگزیمر در طول جدا شدن دو رشته DNA که احتمالا یک مکانیسم کنترلی در کل فرایند همانند سازی DNA است، می­باشند. کد­های ژنتیکی ممکن است با اگزیمر­های DNA مرتبط باشند. در سنتز پروتئین­ها برای هر اسید آمینه، کدونی شامل 3 نوکلئوتید وجود دارد اما دو باز ابتدایی مهم هستند. UAA، UAG و UGA به عنوان کدون­های خاتمه دهنده عمل می­کنند. ممکن است این سوال پیش بیاید که چرا برخی کدون­ها برای خاتمه و برخی برای آغاز بکار می­روند؟ چرا هر کدون شامل سه نوکلئوتید است؟ و اینکه چگونه کل فرایند سنتز تنظیم می­شود؟ این­ها ممکن است مربوط به تولید اگزیمر و تابش آن باشد. باز­های مختلف الکترون­هایی با انرژی مختلفی دارند. باز­های مختلف دارای توزیع انرژی الکترون­های مختلف هستند که پاسخ­های مختلفی را به انرژی نورانی می­دهند و تفاوت­های بسیار کم بین تابش اگزیمر­ها ظاهر می­شود که می‌تواند بوسیله بازهای صحیح DNA و RNA به خوبی اسید­های آمینه خاص تشخیص داده شود. اخیرا تصویر جدیدی از عملکرد RNA و رونویسی DNA ترسیم شده است. رونویسی ژن­های DNA مختص نواحی تنظیمی در کروموزوم­ها است (Spilanakis et al, 2005). این ویژگی­ها پیشنهاد می­کنند که فواصل طولانی عملکرد­های تنظیمی در طول رونویسی ژن­ها وجود دارد، و آن عملکرد بوسیله بیوفوتون­ها اعمال می­شود.

پروتئین­ها مولکول­هایی هستند که عملکرد سلول­ها­ به آنها وابسته است. در سلول­ها تعداد زیادی از انواع پروتئین­های مختلف وجود دارند، با این حال، مهم نیست یک آنزیم شامل چه نوع پروتئینی است و معیاری که برای شناسایی پروتئین­ها است توسط ساختار سه بعدی آنها تعیین می­شود. ممکن است پروتئین­ها به عنوان کریستال­های غیر خطی برای ذخیره نور عمل کنند و به همین دلیل ارگانیسم­های زنده می­توانند نور ذخیره شده را ساطع کنند. ساختار سوم یک پروتئین برای عملکرد آن ضروری ست. تنها زمانی که یک پروتئین ساختمان صحیح خود را دارا باشد می­تواند عملکرد موثری را داشته باشد، و تغییر ساختار برای عملکردش حیاتی ست. نیروهایی که سبب حفظ ساختمان سه بعدی می­شوند اثرات متقابلی هستند که بوسیله نیروهای باقیمانده در اطراف پلی پپتید­ها ایجاد می­شوند، که شامل اتصالات دی سولفیدی، اتصالات هیدروژنی، اتصالات یونی، اتصالات وندروالس، و اتصالات هیدروفوبیک است. تغییر ساختار پروتئین­ها سبب ایجاد بیوفوتون­ها می‌شود که ممکن است نقشی در عملکرد پروتئین­ها بازی کند (به طور مثال در فرایند سیگنالینگ سلولی). راه‌های متعددی برای ورود سیگنال­های خارج سلول به سلول و انتقال پیام به سلول وجود دارد اما عمدتا آن­ها گام‌های متعددی را شامل می­شوند. مانند نقل و انتقالات cAMP که به عنوا ن سیگنالی که بین گام­های پشت سر هم انتقال می­یابد، تاکنون توصیفات بسیاری شده است. هنگامی که یک سیگنال خارجی (لیگاند) با یک گیرنده در سطح سلول ترکیب می­شود (گام اول) سبب تغییر ساختار در گیرنده ای که وابسته گیرنده است می­شود. گیرنده فعال شده سبب شکل­گیری G پروتئین می­شود (گام دوم) که پس از آن سبب شکل­گیری آدنیلات سیکلاز می­شود (گام سوم). سیکلاز فعال شده غلظت cAMP را افزایش می­دهد که سبب شکل­گیری پروتئین کیناز A می­شود (گام پنجم). پروتئین کیناز A فعال شده به هسته سلول انتقال می­یابد و گام­های متعددی را طی می‌کند و سرانجام به تنظیم بیان ژن­ها دسترسی می­یابد. با این حال، سوالات فراوانی هنوز بدون پاسخ باقی مانده اند. به عنوان مثال, آیا تغییر ساختار در تشکیل پروتئین G اثر دارد؟ هر سلول حاوی 20000-2000 مولکول از گیرنده­های خاص بر سطح سلول است. برخی یا بسیاری از آنها در دسته شناور در چربی یا در کاویئولا (نوعی وزیکول غشایی) غشا سلولی که مولکول­های فراوانی برای انتقال سیگنال وجود دارند هستند، اما فاصله فیزیکی بین رسپتور و مولکول­های پروتئین G برای تشکیل کمپلکس لیگاند -رسپتور بسیار زیاد است. به نظر می­رسد که برخی تغییرات ساختاری در رسپتور­ها و سیگنال­های پروتئین­های دیگر ممکن است که در ترکیب با نشر بیوفوتون­ها بتوانند توسط برخی و یا حتی تمام عوامل انتقال دهنده سیگنال­ها قابل تشخیص باشند.

فعل و انفعالات حیاتی به انرژی که از ATP بدست می­آید نیازمندند. در بدن انسان، هر روز مقادیر فراوانی ATP ساخته می­شود، و بیش از 95 % آن در میتوکندری سنتز می­شود. غذاهای ما در ابتدا در شکم هضم می‌شود و سپس به مولکول­های کوچکتر در سیتوپلاسم سلول­ها کاتابولیز می­شود، سپس این مولکول­های کوچک وارد میتوکندری می­شوند جایی که برخی از آنها (پیروات و سوکسینیک اسید) دهیدروژنه شده و یک e و H+ آزاد می­کنند. در یوکاریوت­ها الکترون­ها بوسیله انتقال دهنده­هایی در یک زنجیره انتقال الکترون (یا زنجیره تنفسی) منتقل شده و نهایتا به O2 برای سنتز ATP تحویل داده می­شوند.

فرضیه­های مختلفی درباره مکانیسم انتقال الکترون در فسفریلاسیون اکسیداتیو وجود دارد؛ با این حال، این پرسش که چگونه الکترون­ها انتقال می­یابند هنوز مشخص نشده است. بر طبق اطلاعاتی که در مکانیسم تنفس در کمپلکس شماره 2 میتوکندری وجود دارد، فاصله بین حاملین الکترون در حدود 9/8 (حداقل) انگستروم تا 3/13 انگستروم (حداکثر) سر به سر است (Hagerhall,1997). به نظر می­رسد که این فاصله برای حرکت ذرات الکترون بسیار بزرگ است، اگر چه پتانسیل شیب ردوکس بین این حاملین وجود دارد. در حقیقت انتقال الکترون­ها، یک انتقال انرژیست که باید توسط امواج انتقال یابد و ممکن است از طریق شاخه­های همدوس انجام شود.

فتوسنتز، که توسط گیاهان سبز، جلبک­های یوکاریوت، و باکتری­های فتوسنتز کننده انجام می­شود فرایندی ست که در آن با استفاده از نور خورشید آب و دی اکسید کربن، مولکول­های آلی تولید و اکسیژن آزاد می­شود. فتوسنتز فرایندی پیچیده شامل گام­های زیر است: 1) واکنش اولیه، 2) انتقال الکترون و فتوفسفریلاسیون، 3) جذب CO2. دو گام نخست واکنش­های نوری هستند که در غشا تیلاکوئید­های کلروپلاست انجام می­شوند، سومی به عنوان واکنش در تاریکی در بخش استرومای کلروپلاست انجام می­شود. واحد­های عملکردی اصلی در فتوسنتز فتوسیستم­های PS1 و PS2 هستند که هر یک شامل یک مرکز واکنش و یک مرکز برداشت نور (LHC) هستند. پیگمان­هایی که فتوسنتز را در گیاهان سبز حاصل می­کنند، شامل کلروفیل­ها (کلروفیلa  و کلروفیل b) و کاروتنوئید­ها (بتاکاروتن و گزانتوفیل­ها) هستند اما تنها برخی از آن­ها می­توانند آنتن نامیده شوند و نور خورشید را جذب کرده و انرژی جذب شده از میان رزونانس را (به عنوان روشی که تا کنون پذیرفته شده) به پیگمان­های دیگر و در نهایت برای کلروفیل A خاص p700 در PS1 و کلروفیل A P680 در PS2 که در آنها الکترون­ها وارد سطوح انرژی بالاتر می­شوند، تحویل دهند. در دومین گام در کلروفیل A P680 الکترون­های آزاد شده از آب دچار تغییر حالت، به روشی مشابه با آن چه در میتوکندری بود می­شوند. حاملین الکترون­ها در فتوسنتز بسیار پیچیده تر از میتوکندری هستند اما انتقال الکترون باید از نظمی مشابه برخوردار باشد. برای پاسخ به این سوال که مکانیسم انتقال انرژی نور برانگیخته چیست، بیوفوتون­ها به عنوان عامل مسبب معرفی شده اند. هم اکنون بسیاری از مطالعات آزمایشگاهی نشان داده اند که فروپاشی هایپربولیک انتشار مجدد از برگ­ها و نوسان­های نزولی در منحنی، به اثرات متقابل اشاره می­کنند (واکنش همدوس) که در میان عوامل متعدد (پیگمان­ها و یا پروتئین­ها) در میدان همدوس قرار دارند. انجل و همکاران اسپکتروسکوپی دو بعدی انتقال الکترون را بکار برده و کمپلکس کلروفیل2 در باکتری­ها را بررسی کردند (از LHC به مرکز واکنش) و مشاهده کردند که نوسانات کوانتومی سیگنال­ها در 77k نشان از کوانتوم همدوس دارد که نقش مهمی در فرایند انتقال انرژی در این سیستم ایفا می­کند (Engal et al, 2007).

میدان بیوفوتون­ها در سطوح فشرده و همدوس، نشان می­دهد که در طی دوره­های طولانی تکامل حیات، موجودات زنده آموخته اند که چگونه یک مکانیسم کوانتومی را برای تنظیم خود استفاده کنند. این دانش مهم ترین دستاورد از بررسی خواص بیوفوتون­هاست. ممکن است شاخه بیوفوتون­ها تنها یک قسمت باشد اما قسمتی مهم از میدان­های الکترومغناطیسی در موجودات زنده است. فرولیچ در سال 1968 مشخص کرد که سیستم‌های زنده دارای یک ماکروویو ذاتی هستند (Froehlich, 1968). تا به حال، گزارشات آزمایشگاهی تایید می­کنند که در طول تقسیم سلولی سیگنال خروجی می­تواند به حدود 80 مگا هرتز در سلول­های مخمر، 1 تا 30 کیلو هرتز در پرندگان و سلول­های پستانداران برسد (Hyland,2003). علاوه بر این، میدان­های الکتریکی، میدان­های مغناطیسی و نیروی جاذبه در موجودات زنده وجود دارد. هر یک از آنها عملکرد خود را در جهات خاص ایفا می­کند. به همین ترتیب در سیستم­های زنده یون­ها نقش مهمی را بر عهده دارند. حقیقت اصلی این است که حیات در زمین توسعه یافته و زیر نور خورشید و میدان­های دیگر نمو می­کند. برای درک بهتر حیات، لازم است بیشتر در مورد بیوفوتون­ها، عملکردشان و اثرات متقابل آنها با شاخه­های دیگر شامل نور خورشید بدانیم ((Chang, 2008.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *