نقش اسیدهای آمینه در گیاهان

استفاده از کودهای زیستی جهت رشد بهتر محصولات زراعی یکی از اهداف پایدار محسوب میشود. پروتئینها از مهمترین ترکیبات موجود در سلولهای گیاهی میباشند که در تمام واکنشهای اصلی اعم از ساختاری، آنزیمی، متابولیکی و انتقالی شرکت دارند. از نظر ساختمانی پروتئینها مولکولهای درشتی هستند با وزن مولکولی 5000 دالتون که از پیوند کووالانسی یک سری واحدهای ساختاری به نام اسیدهای آمینه ساخته شده اند. تعداد، ماهیت و طرز قرار گرفتن این واحدها در زنجیره پروتئینی ساختار خاص و رفتار ویژه آنها را تعیین میکند.

اسیدهای آمینه که در طبیعت از چهار عنصر؛ کربن، اکسیژن، نیتروژن و فسفر ساخته میشوند هر کدام دارای بیست نوع ساختار اختصاصی میباشند. گیاهان برخلاف سایر موجودات میتوانند طی فرآیند فتوسنتز عناصر اولیه کربن، اکسیژن، هیدروژن و نیتروژن را تبدیل به اسیدهای آمینه و نهایتا پروتئین میکنند که این پروتئینها از لحاظ ترکیب گروهی و نوع اسید آمینه با سایر موجودات متفاوت میباشد.

تاثیر کاربرد اسیدهای آمینه به عنوان تنظیم کننده های رشد در گیاهان توسط پژوهشگران مختلفی مورد بررسی قرار گرفته است. اکنون مشخص شده است که گیاهان قادرند از اسیدهای آمینه به عنوان منبع نیتروژن استفاده کنند. در مناطق سرد و یا فقیر از نیتروژن اسیدهای آمینه به عنوان منبع مهمی از نیتروژن مطرح هستند. این ترکیبات در وضعیت آزاد همچون ذرات باردار عمل میکنند و وقتی در شرایط مناسب وارد گیاه شوند وارد سلول شده و بواسطه خلوص بالا گیاه مواد را درون خود پذیرفته و آنها را در فرایندهای متابولیکی شرکت می دهد.

نقش اسیدهای آمینه در تامین نیتروژن گیاه در مزارعی که فعالیتهای میکروبی آن کم است قابل توجه میباشد. همچنین این ترکیبات میتوانند به عنوان تنظیم کننده های رشد فعالیتهای متابولیکی گیاه را تحت تاثیر قرار داده و مقدار محصولات حاصل از این فعالیتها را تغییر دهند. اسیدهای آمینه روی جذب نیتروژن از خاک تاثیر گذاشته و باعث کاهش و یا افزایش آن شوند. این ترکیبات همچنین روی فعالیت آنزیمهای موثر در آسیمیلاسیون نیتروژن در گیاه تاثیر گذاشته و منجر به کاهش تجمع نیترات در گیاه میشوند.

اسید آمینه ها در سلول های زنده به دو فرم و آرایش وجود دارند. فرم L و فرم D. فرم ال که به اصطلاح اسید آمینه آزاد نیز خوانده میشود فرم قابل استفاده برای سلولها میباشد و در گیاهان نیز این فرم قابلیت افزایش علائم حیاتی و میزان رشد و ثمردهی را دارد. حال اگر بتوان با ترکیبی خاص اسیدهای آمینه را به گونه ای قابل جذب در اختیار گیاه قرار داد، میتوان رشد آنرا تسریع کرد و از صرف زمان و انرژی گیاه برای تولید بخشی از آنها جلوگیری نمود.

میزان محصول در گیاهان مختلف بسته به مقدار و کیفیت اسیدهای آمینه موجود در گیاهان دارد. اسیدهای آمینه پس از ورود به سلولهای گیاهی به دلیل خلوص بالا براحتی توسط گیاه جذب میشوند. این امر باعث میشود انرژی گیاه برای مقابله با تنشهای محیطی ذخیره گردد. بطور کلی قسمت زیادی از جذب اسیدهای آمینه در گیاهان از طریق روزنه صورت میگیرد و پس از مدت کوتاهی به قسمتهای مورد نیاز هدایت میشود. زمان محلولپاشی اسیدهای آمینه پیش از طلوع یا پس از غروب آفتاب میباشد که در این زمان روزنه های گیاهی باز بوده و باعث افزایش میزان جذب می شود.

آمینو اسیدها بطور کلی علاوه بر شرکت در ساختار پروتئین ها نقش های منحصر بفرد دیگری نیز در گیاه ایفا می نماید که برخی از آنها عبارتند از:

-تقویت سیستم ایمنی گیاهان از طریق افزایش تولید لیگنین و تقویت دیواره سلولی

-افزایش کیفیت و کمیت محصولات زراعی و باغی از طریق افزایش فرایند تشکیل قند و پروتئین و همچنین بهبود رنگ، بو و مزه

-افزایش فرایند گرده افشانی از طریق فعالسازی هورمونها

-افزایش جوانه، شکوفه و بزرگ شدن میوه

-افزایش سرعت رسیدگی محصول با افزایش تولید اتیلن

-افزایش ماندگاری محصول پس از برداشت

-افزایش میزان کلروفیل و سبزینه گیاهان

-افزایش فعالیت میکروارگانیسم های مفید خاک

-تسهیل تعریق و تعرق گیاهی و تقویت سیستم ریشه

-ایجاد مقاومت در برابر تنش ها و شرایط نامناسب اقلیمی مانند خشکی، سرمازدگی، شوری، دمای بالا، رطوبت پایین و حمله آفات

-القای رشد رویشی برای گیاه و نیز رشد و نمو بیشتر میوه

-کمک به گشوده شدن همزمان گلها، یکسانی میوه ها و نیز رسیدن همزمان میوه ها

-اثر مطلوب بر رفع تنش های محیطی وارده به گیاه و نیز جلوگیری از بروز تنش

تاثیر بر روزنه ها: روزنه های گیاهان در تبادل رطوبت، گازها و جذب عناصر ماکرو و میکرو دارای نقش فعالی میباشند. باز شدن روزنه ها به کمک عوامل خارجی مانند نور، رطوبت، دما، شوری تحت کنترل عوامل داخلی یعنی آمینواسید آبسزیک کنترل می شود.

افزایش میزان جذب عناصر: آمینواسیدها به علت ساختمان شیمیایی خاصی که دارند عناصر غذایی موجود در خاک از جمله آهن را بصورت کلات در آورده و باعث جذب بهتر این عناصر توسط گیاهان میگردند. همچنین باز شدن روزنه ها به علت اسیدی نمودن محیط سطح برگ در زمان محلولپاشی نیز باعث افزایش میزان جذب عناصر می شود.

اسیدهای آمینه معمولا وقتی که با سمپاشی و یا محلولپاشی کودها همراه میشوند نیز اثر تنشی محلولپاشی را کاهش داده و برای گیاه موقعیت مناسب تری برای تحمل شرایط پیش آمده ایجاد میکنند. اسیدهای آمینه همچنین اثر تحریک شبه هورمونی بر ریشه ها داشته و باعث توسعه هرچه بیشتر ریشه گیاه میشوند و این به معنی دسترسی به منابع غذایی جدیدتر و رشد بیشتر در گیاه است. ترکیبات اسید آمینه همچنین وقتی در خاک استفاده میشوند به عنوان غذای میکروبهای مفید خاک نیز مصرف شده و جمعیت آنها را بالا میبرند.

شاید این مطلب را هم دوست داشته باشید: کود آمینو اسید و نقش آن در گیاه

نقش برخی از اسیدهای آمینه در گیاهان

گلایسین (Glycine): این اسید آمینه باعث القا تشکیل بافتهای گیاهی و سنتز کلروفیل میشود. همچنین این ماده دارای قدرت بالای کلات کنندگی عناصر غذایی میباشد.

والین (Valine)، آلانین (Alanine)، لوسین (Leucine) و ایزولوسین (Isoleucine) : این چهار اسیدآمینه بطور قابل ملاحظه ای باعث افزایش کیفیت محصولات کشاورزی می شوند.

سیستئین (Cysteine): این ماده نقش بسیار مهمی در ساختمان فضایی پروتئین ها برعهده داردو باعث پایداری بین مواد ارگانیک خاک شده و در تشکیل هورمون اتیلن نیز نقش دارد.

متیونین (Methionine): متیونین فرایند گرده افشانی را در گیاهان القا می نماید. همچنین این ماده باعث ایجاد تعدل بین مواد ارگانیک خاک شده و در تشکیل هورمون اتیلن نیز نقش دارد.

اسید آسپارتیک (Aspartic acid) و اسید گلوتامیک (Glutamic acid): این دو اسیدآمینه القا کننده تشکیل بافتهای گیاهی و سنتز کلروفیل، فرایند گرده افشانی و بهبود کیفیت رویش گیاهان می باشند. اسید گلوتامیک دارای ویژگی کلات کنندگی عناصر ریزمغذی بوده و جذب و انتقال عناصر ریزمغذی به گیاه را آسانتر میسازد.

لیزین (Lysine): باعث القا فرایند گرده افشانی می شود.

آرژنین (Argenine): به عنوان یک پیش ماده در سنتز هورمونهای موثر در تشکیل گل و میوه نقش دارد.

تریپتوفان (Thryptophan): پیش ماده سنتز هورمون اکسین میباشد.

هیستیدین (Histidine): این اسیدآمینه در تسریع فرایند تشکیل و رسیدگی محصول نقش دارد.

پرولین (Proline): این ماده باعث تقویت دیواره سلولی شده و نقش فعالی در بارور و جوانه زنی گرده و افزایش مقاومت گیاهان در برابر تنشهای خشکی دارد. کودهای حاوی اسیدهای آمینه که مدت زیادی از عمر ورود آنها به بازارهای کشاورزی ایران نمیگذرد ترکیباتی هستند که از منابع مختلف تامین میشوند و همگی بر این اصل ساخته میشوند که با تامین حداکثری اسیدآمینه آزاد امکان بیشتری برای القای رشد و ثمردهی را در گیاه ایجاد نمایند.

طبقه بندی اسیدهای آمینه استاندارد

گروه اول: اسیدهای آمینه با گروه R ناقطبی

در این دسته 8 اسید آمینه قرار می‌گیرند. این اسید آمینه به علت نداشتن گروههای باردار یا قطبی بسیار آب گریز بوده و به آب گریزی نیز معروف‌اند. آلانین سر دسته این گروه بوده و پس از گلیسین ساده‌ترین اسید آمینه یاخته‌ای است. آلانین در بخش R خود یک گروه متیل دارد. با افزوده شدن عوامل متیل اضافی به آلانین ، اسیدهای آمینه دیگر مانند والین ، لوسین و ایزولوسین ساخته می‌شوند. زنجیره کناری می‌تواند ساده یا منشعب باشد. میزان آب گریزی از آلانین به طرف ایزولوسین افزایش می‌یابد. اسیدهای آمینه تریپتوفان و فنیل آلانین در زنجیره کناری خود عامل حلقوی مانند فنیل و ایندول دارند. اسید آمینه متیونین در گروه R واجد یک عامل گوگردی است که بوسیله یک گروه متیل پوشیده می‌شود. پرولین از اسیدهای آمینه ویژه‌ای است که چون در آن عامل آمین متصل به کربن آلفا با زنجیره کناری به صورت حلقه درآمده است از بقیه اسیدهای آمینه مستثنی می‌شود، در نتیجه پرولین را ایمنو اسید می‌نامند.

گروه دوم: اسیدهای آمینه با گروه R قطبی ولی بدون بار

سر دسته این گروه از اسیدهای آمینه گلیسین است که به علت داشتن زنجیره کناری ساده از نوع هیدروژن متقارن بودن کربن آلفا ، از سایر اسیدهای آمینه متمایز می‌شود. سرین و ترئونین به علت داشتن گروه الکلی در مولکول با مولکولهای آب پیوند هیدروژنی ایجاد می‌کنند و به آسانی در آن حل می‌شوند. تیروزین واجد زنجیره کناری حلقوی است که یک عامل هیدروکسیل به آن متصل شده است و بدین سبب بیش از بقیه قطبی است. زنجیره کناری سیستئین به عامل (SH) ختم می‌شود. این اسید آمینه می‌تواند به دو شکل اکسید و یا احیا در مولکول پروتئین دیده شود .اگر عامل گوگرد احیا شده باشد این مولکول سیستئین نامیده می‌شود در صورتی که دو مولکول سیستئین در مجاورت هم قرار گیرند بین آنها پیوند کووالانسی ایجاد می‌گردد. بدین ترتیب ، پیوندهای حاصل پیوند دی‌سولفید و ترکیب مربوطه سیستین نامیده می‌شود. پیوندهای دی‌سولفید در ایجاد و پایداری ساختار سوم پروتئینها نقش اساسی دارد. دو اسید آمینه آسپاراژین و گلوتامین که شکل آمین در آنها به ترتیب اسیدهای اسید آسپارتیک و اسید گلوتامیک هستند، حد واسط بین گروه دوم و سوم به شمار می‌روند این دو اسیدآمینه در آب محلول و بسیار قطبی هستند.

گروه سوم: اسیدهای آمینه با گروه R قطبی و بار منفی

در این گروه دو اسید آمینه اسید گلوتامیک و اسید آسپارتیک قرار دارند زنجیره کناری این دو اسید آمینه به عامل کربوکسیل (COOH) ختم می‌شود. گروه R بسیار قطبی و قابل یونی شدن است بطوری که در PH فیزیولوژیک ، با از دست دادن پروتون ، به آنیون کربوکسیل تبدیل می‌گردد. در این حالت ، اسید آمینه به ترتیب اسید گلوتامیک و اسید آسپارتیک نامیده می‌شوند.

گروه چهارم: اسیدهای آمینه با گروه R قطبی دارای بار مثبت

اسید آمینه لیزین ، آرژینین و هیستیدین در این دسته جای دارند. زنجیره کناری آنها واجد گروه آمین است که در PH خنثی دارای بار خالص مثبت است. لیزین یک عامل آمین در موقعیت کربن شماره 4 زنجیره کناری دارد، آرژینین شامل یک گروه گوآنیدیوم است و هیستیدین گروه یونی شونده ضعیف ایمیدازول دارد. وجود این اسیدهای آمینه در زنجیره پروتئینی تعداد بارهای مثبت روی مولکول را افزایش داده و پروتئین خاصیت قلیایی از خود نشان می‌دهد.

اسیدهای آمینه کمیاب

علاوه بر 20 اسید آمینه ، در برخی از پروتئینها اسیدهای آمینه تغییر شیمیایی یاخته‌ای وجود دارد که از نظر ساختار و فعالیت پروتئینها بسیار مهم‌اند. از مهمترین این تغییرات می‌توان اضافه شدن گروه هیدروکسی به اسید آمینه پرولین (هیدروکسی پرولین) و یا لیزین (هیدروکسی لیزین) ، انواع اسیدهای آمینه استیل‌دار و فسفریل‌دار را نام برد. هیدروکسی پرولین حدود 12% ساختار کلاژن را که یکی از پروتئینهای مهم جانوری است تشکیل می‌دهد همچنین این اسید آمینه در ساختار برخی از پروتئینهای دیواره یاخته‌ای گیاهان وجود دارد که اکستانسین نامیده می‌شود. هیدروکسی لیزین نیز در ساختار کلاژن وجود دارد به همین دلیل کلاژن یکی از پروتئینهای استثنایی در جانوران بشمار می‌آید.

اسیدهای آمینه غیر پروتئینی

افزون بر بیست اسید آمینه اصلی و اسیدهای آمینه کمیاب ، که اساسا در ساختار پپتیدها و پروتئینها وارد می‌شوند، در یاخته‌های بافتهای مختلف اسیدهای آمینه‌ای وجود دارند که در ساختار پروتئینها یافت نمی‌شوند بلکه به صورت آزاد در فرآیندهای متابولیسمی وارد می‌شوند. از مهمترین این اسیدهای آمینه می‌توان از بتا- آلانین که پیش ساز ویتامین اسید پانتوتنیک است، سیترولین و اورنتین ، که ترکیبات حد واسط در سنتز آرژنین در چرخه اوره هستند نام برد. در یاخته قارچها و گیاهان عالی نیز اسیدهای آمینه غیر عادی ، مانند بتا- سیانوآلانین وجود دارد.

ساختار اسیدهای آمینه

هر اسید آمینه ، از یک کربن نامتقارن به نام کربن آلفا تشکیل یافته است که با چهار گروه مختلف کربوکسیل (COOH) اتم هیدروژن ، گروه آمینه بازی (NH2–) و یک زنجیره غیر جانبی (R-) پیوند برقرار می‌کند. ریشه R ممکن است یک زنجیره کربنی و یا یک حلقه کربنی باشد. عوامل دیگری مانند الکل ، آمین ، کربوکسیل و نیز گوگرد می‌توانند در ساختمان ریشه R شرکت کنند. زنجیره جانبی خود چندین اتم کربن دارد و آنها را به ترتیبی که از کربن آلفا فاصله می‌گیرند، با حروف بتا (β) ، گاما (γ) و دلتا(δ) نشان میدهند.

اگر در حالی که عامل COOH روی کربن آلفا قرار داد عامل NH2 روی کربنهایی غیر آلفا قرار گیرد. نوع اسید آمینه به β ، γ یا δ تغییر خواهد کرد. اسیدهای آمینه آزاد به مقدار بسیار ناچیز در سلولها وجود دارند. بیشتر اسیدهای آمینه آلفا در سنتز پروتئین شرکت می‌کنند، در صورتی که اسیدهای آمینه بتا ، گاما و دلتا واسطه‌های شیمیایی هستند. بیشتر اسیدهای آمینه در PH هفت به صورت دو قطبی در می‌آیند یعنی گروه NH2 پروتون می‌گیرد و گروه COOH هیدروژن خود را از دست می‌دهد و به صورت –COO- در می‌آید./