فهرست مطالب

فصلنامه فرآیند و کارکرد گیاهی
سال یازدهم شماره 5 (پیاپی 51، Aug and Sep 2022)

  • جلد ویژه (مقالات مروری آنتی اکسیدان های گیاهی)
  • تاریخ انتشار: 1401/10/03
  • تعداد عناوین: 7
|
  • لیلا زرندی میاندوآب*، فرشاد پوریوسف، سیده فهیمه رضوی، نادر چاپارزاده صفحات 1-22

    در جلبک های قرمز و سیانوباکتر ها، فیکوبیلین ها به عنوان مولکول های دارای زنجیر باز تتراپیرولی، نقش رنگدانه های کمکی جمع کننده نور فتوسنتزی را بازی می کنند. رنگدانه های فیکوبیلینی از طریق پیوند کووالانسی به پروتیین ها متصل شده و فیکوبیلی پروتیین های حاصل در سطح غشاهای تیلاکوییدی کمپکلس های ماکرومولکولی درشت به نام فیکوبیلیزوم ها را تشکیل می دهند. در آب های عمیق تنها نور سبز برای سیانوباکترها قابل دسترس است، لذا فیکوبیلیزوم ها قادر به جذب کارای این بخش از نور بوده و این مسیله به بقای سیانوباکترها کمک می کند. سیانوباکترها در پاسخ به تغییرات شرایط محیطی قادر به تغییرات کمی در ترکیب رنگدانه ای فیکوبیلیزوم ها هستند. فیکوسیانین با رنگ آبی تیره یکی از انواع فیکوبیلی پروتیین هاست که به شکل وسیعی به عنوان مهمترین رنگ و آنتی اکسیدان طبیعی مورد استفاده قرار می گیرد. خصوصیات جاروب گری از رادیکال های آزاد فیکوسیانین بخوبی شناخته شده است. فیکوسیانین با حذف گونه های اکسیژن و نیتروژن فعال از ایجاد تنش اکسیداتیو، که به ساختار بیومولکول های سلولی آسیب جدی وارد می کند، جلوگیری می کند. کاربردهای متنوع، از دخالت در پیشگیری از بیماری های مرتبط با رادیکال های آزاد شامل سرطان و آلزایمر گرفته تا اثرات ضدمیکروبی، از استفاده در آزمایشگاه های تحقیقاتی تا صنایع و گردش مالی قابل ملاحظه این محصول، اهمیت مرور مطالعات در زمینه فیکوسیانین را روشن می سازد. از این رو مقاله حاضر یافته های جدید در مورد منابع، ساختار، عملکرد، تولید، روش های استخراج و کاربردهای فیکوسیانین را مرور و توصیف خواهد کرد.

    کلیدواژگان: آنتی اکسیدان، اسپیرولینا، سیانوباکتر، فیکوسیانین
  • مریم شهبازی*، امین کرمی، محمدسعید پذیرنده، زهرا سادات شبر صفحات 23-36

    گلوتاتیون S-ترانسفراز (GST) از بزرگترین خانواده‌های پروتیینی چند ژنی است که در تمام گونه‌های گیاهی‌ و سایر موجودات زنده حضور دارند. تاکنون برای GSTsها که در شرایط تنش و محرک‌های درونی و بیرونی بسیار القاپذیر هستند، نقش‌های متعددی در گیاهان از جمله دخالت در متابولیسم ثانویه، ‌رشد و نمو، از طریق فعالیت آنتی‌اکسیدانی مقابله با تنش‌های محیطی مانند خشکی، حرارت بالا، شوری و همچنین سم‌زدایی علف‌کش‌ها شناخته شده است. این آنزیم‌ها با اتصال گلوتاتیون به انواع سوبستراها مانند اندوبیوتیک‌ها و زنوبیوتیک‌ها منجر به سم‌زدایی سلولی می‌شوند. اغلب GST ها آنزیم‌های محلول سیتوپلاسمی بوده ولی ایزوفرم‌های میتوکندریایی و میکروزومال هم در گیاهان و حیوانات شناخته شده‌اند. در این مقاله بخشی از مهم ترین یافته‌های اخیر درباره تکامل GST، فراوانی و ویژگی‌های ساختاری با تاکید بر نقش‌های آن‌ها در گیاهان ارایه می‌شود. همچنین به جدیدترین کاربردهای این خانواده پروتیینی در بیوتکنولوژی و محیط زیست اشاره خواهد شد.

    کلیدواژگان: آنتی اکسیدان، بیوتکنولوژی، رشد و نمو، سم زدایی، گلوتاتیون S ترانسفراز، متابولیسم ثانویه
  • حکیمه علومی*، عفت السادات احمدی موسوی صفحات 37-54

    ملاتونین (ان-استیل 5- متوکسی تریپتامین) یک ترکیب ایندولی مشتق از تریپتوفان بوده و در کلروپلاست و میتوکندری سلول های گیاهی سنتز می شود. ملاتونین در تمام گونه های گیاهی یافت می شود و مقدار آن به اندام یا بافت گیاهی بستگی دارد. از آنجایی که این مولکول دارای عملکردهای متعددی در گیاه است، به عنوان تنظیم کننده رشد گیاهی در نظر گرفته می شود. از عملکردهای مهم ملاتونین، تاثیر قابل توجه آن بر هورمون های اکسین، جیبرلین، سیتوکینین و اسید آبسیزیک است. ملاتونین دارای فعالیت های آنتی اکسیدانی و مشابه اکسین در گیاهان است. ملاتونین دارای نقش های متعددی در پاسخ های فیزیولوژیکی گیاه مانند بهبود جوانه زنی بذر و رشد جنین، فتوسنتز (مقدار رنگیزه ها، تنفس نوری، هدایت روزنه ای و مصرف آب)، تولید بذر و میوه، تنظیم اسمزی و متابولیسم است. ملاتونین در افزایش مقاومت گیاهان در برابر تنش های غیرزیستی مانند خشکسالی، سرما، گرما، شوری، آلاینده های شیمیایی، علف کش ها و اشعه ماوراء بنفش نقش دارد. اثرات متنوع ملاتونین در بروز پاسخ های فیزیولوژیکی را به ویژگی آنتی اکسیدانی آن نسبت می دهند. ملاتونین به عنوان یک آنتی اکسیدان در بسیاری از فعالیت های سلولی عمل کرده و در گیاهان به عنوان یک روبشگر عالی گونه های فعال اکسیژن (ROS) و گونه های فعال نیتروژن (RNS) است. همچنین ملاتونین موجب فعال شدن پاسخ آنتی اکسیدانی سلول و فاکتورهای رونویسی مختلف شده، در نتیجه آنزیم های آنتی اکسیدانی مانند سوپراکسید دیسموتاز، کاتالاز، پراکسیداز و آنزیم های چرخه آسکوربات-گلوتاتیون فعال می شوند. این ترکیب، همچنین به عنوان تنظیم کننده ریتم شبانه روزی، محافظ و محرک رشد سلول، در ریشه زایی و محافظت در برابر عوامل تنش زا نقش دارد. بنابراین، با توجه به ویژگی های ذکر شده می توان از ملاتونین برای بهبود کیفی محصولات زراعی و باغی در برابر شرایط نامساعد محیطی و تنش های غیرزیستی استفاده کرد.

    کلیدواژگان: ملاتونین، آنتی اکسیدان ها، تنظیم کننده رشد گیاه، تنش غیر زیستی، مقاومت گیاهی
  • فائزه قناتی*، فاطمه عرفان منش صفحات 55-66

    تولید گونه های فعال اکسیژن طی متابولیسم طبیعی سلول هایی که تنفس اکسیداتیو دارند صورت می گیرد. در بین گونه های فعال اکسیژن، هیدروژن پراکسید به دلیل داشتن نیمه عمر طولانی خطر بیشتری برای حیات سلول دارد اما در عین حال یک مولکول تنظیم کننده مهم در سیگنالینگ ردوکس است. پراکسیدازها، از آنزیم های کلیدی آنتی اکسیدانی هستند که به طور گسترده در طبیعت توزیع می شوند و اکسیداسیون سوبستراهای مختلف دهنده الکترون را همزمان با تجزیه هیدروژن پراکسید پیش می برند و ضمن احیای پراکسید هیدروژن و سایر هیدروپراکسیدها، آب تولید می کنند. پراکسیدازها علاوه بر خاصیت مهار پراکسید شناخته شده خود، عملکردهای فیزیولوژیکی اکسید کننده نیز دارند. این آنزیم ها بر اساس شیمی جایگاه فعال در تعامل با پراکسید به پراکسیدازهای هم دارو غیرهم دار متمایز می شوند. اولی حاوی یک مرکز کاتالیزوری هم است و دومی یک سلنول یا تیول واکنشی در جایگاه فعال خود دارند. پراکسیدازهای گیاهی آهن دار به سه کلاس I، II و III تقسیم می شوند. پراکسیدازهای گیاهی تیول دار شامل گلوتاتیون پراکسیداز و پروکسی ردوکسین ها است. مقاله حاضر به بررسی ویژگی های ساختاری، متابولیسمی و نحوه اندازه گیری فعالیت آنزیمی انواع پراکسیدازها می پردازد.

    کلیدواژگان: پراکسیداز، هیدروژن پراکسید، پراکسیدازهای هم دار، پراکسیدازهای تیول دار، پراکسی رداکسین
  • مهرناز کیهان فر*، هاجرالسادات منصوری تهرانی صفحات 67-76

    در سال های اخیر، تعداد گزارش های تولید نانوذرات با استفاده از روش های سبز به طور تصاعدی افزایش پیدا کرده است. روش های سبز تولید نانوذرات بر پایه واکنش های اکسیداسیون و احیا است که در آن یون های فلزی با کمک ترکیباتی که در موجودات زنده یا عصاره های آن ها وجود دارد، از جمله آنتی اکسیدان ها، به نانوذرات احیا می گردند. در سلول های زنده، در حین فرایند اکسیداسیون سلولی رادیکال های آزاد تولید می شوند که برای سلول بسیار سمی هستند و آنتی اکسیدان ها از آسیب رسانی رادیکال های آزاد به سلول ممانعت می کنند. حضور آنتی اکسیدان ها در عصاره های گیاهی در نقش احیاء کننده و پایدار کننده، می تواند به سنتز سبز نانوذرات فلزی یا اکسید فلزی پایدار کمک کند. نانوذرات سبز تولید شده با عصاره های گیاهی علاوه بر پایداری بیشتر و اندازه بهتر نسبت به نانوذرات تولید شده با استفاده از سایر موجودات زنده، خواص زیستی بهبود یافته نیز دارند. خاصیت آنتی اکسیدانی عصاره یک پارامتر مهم برای کنترل سنتز سبز نانوذرات فلزی است و بررسی خاصیت آنتی اکسیدانی عصاره های گیاهی می تواند به انتخاب بهتر عصاره های گیاهی برای سنتز نانو ذرات با خواص دلخواه منجر شود.

    کلیدواژگان: آنتی اکسیدان، رادیکال آزاد، عصاره گیاهی، نانوذرات فلزی
  • سولماز سلیمانی، مرتضی یوسف زادی*، میترا آرمان صفحات 77-98

    جلبک های دریایی دارای طیف گسترده ای از ترکیبات آنتی اکسیدانی شناخته شده اند. آنتی اکسیدان های طبیعی که در بسیاری از جلبک ها یافت می شوند، از ترکیبات مهم زیست فعال هستند که از طریق محافظت از سلول ها در برابر آسیب اکسیداتیو، بیماری های مختلف و فرآیندهای پیری نقش مهمی دارند. در حال حاضر علاقه جهانی در یافتن آنتی اکسیدان های جدید و ایمن از منابع طبیعی وجود دارد. جلبک ها می توانند تولید، انباشتگی و ترشح متابولیت های اولیه و ثانویه متنوعی از جمله کاروتنوییدها، ترکیبات فنلی، فیکوبیلین ها، ترکیبات سولفاته و ویتامین ها داشته باشند. همه ترکیبات نامبرده دارای ارزش فراوان در صنایع داروسازی، تغذیه و آرایشی و بهداشتی هستند. هدف از این مطالعه، معرفی جلبک ها به عنوان یک منبع ارزشمند غنی از آنتی اکسیدان های طبیعی است که می توان در صنایع مختلف از آن استفاده نمود.

    کلیدواژگان: آنتی اکسیدان، جلبک های دریایی، فتوسنتز، فیکوسیانین، کاروتنویئدها، ویتامین ها
  • سعید ملائی*، مصطفی عبادی صفحات 99-117

    استرس اکسیداتیو که در اثر تولید بیش از حد رادیکال های آزاد یا گونه های اکسیژن دار رادیکالی ایجاد می شود نقش اصلی را در ایجاد بسیاری از بیماری ها ایفا می-کند. یافته ها حاکی از استفاده آنتی اکسیدان ها به عنوان ترکیباتی برای کنترل انتشار این رادیکال ها یا جلوگیری مستقیم از تشکیل آنها است. بنابراین، آنتی اکسیدان ها می توانند به عنوان داروهایی برای کاهش یا جلوگیری از استرس اکسیداتیو استفاده شوند. داروهای گیاهی پایه و اساس داروسازی مدرن است و بسیاری از داروهای آنتی اکسیدانی از عصاره های گیاهی حاصل شده اند. به دلیل در خطر انقراض بودن گیاهان دارویی، تهیه صنعتی بسیاری از آنتی اکسیدان های گیاهی امکان پذیر نیست. در نتیجه، معرفی قارچ های اندوفیت به عنوان منبع جدید ترکیبات آنتی اکسیدانی طبیعی می تواند راهکاری برای دسترسی و تولید آنتی اکسیدان های طبیعی در صنایع غذایی و دارویی باشد. در این مقاله مروری، پتانسیل قارچ های اندوفیت برای تولید ترکیبات فنولی با فعالیت های آنتی اکسیدانی مورد بررسی قرار گرفته است. اغلب قارچ های اندوفیت با خاصیت آنتی اکسیدانی متعلق به جنس های Fusarium و Aspergillus هستند. ما امیدواریم که این مقاله، اطلاعات مفیدی را برای درک پتانسیل قارچ های اندوفیت در تولید آنتی اکسیدان های جدید در اختیار خوانندگان قرار دهد و محققین را به انجام پروژه هایی که ممکن است منجر به تولید داروهای جدید آنتی اکسیدانی طبیعی شود، ترغیب کند.

    کلیدواژگان: آنتی اکسیدان، قارچ های اندوفیت، گیاهان دارویی، مکانیسم
|
  • Leila Zarandi-Miandoab*, Farshad Pouryousef, Seyedeh Fahimeh Razavi, Nader Chaparzadeh Pages 1-22

    Phycobilins, as open-chain tetrapyrrole pigment molecules, serve as accessory photosynthetic light-harvesting pigments in red algae and cyanobacteria. Phycobilin pigments are covalently linked with proteins which form phycobiliproteins organized into large macromolecular complexes called phycobilisomes on the top of the thylakoid membranes. In deep water, only green light is available, thus phycobilisomes are able to absorb this part of light very efficiently and allowing cyanobacteria to survive. Cyanobacteria are capable of adjusting the quantitative pigment composition of phycobilisomes in response to changes in environmental conditions. Phycocyanin is a kind of phycobiliproteins which is characterized by an intense blue color and has been widely used as most important natural dye and antioxidant. The free radical scavenging properties of cyanobacterial phycocyanin are well documented. Phycocyanin eliminates reactive oxygen and nitrogen species and therefore prevents oxidative stress that leads to major damage in the structure of biomolecules of the cell. The variety of applications, from its involvement in the prevention of free radical-related diseases including cancer and Alzheimer's, to its antimicrobial effects, from its use in research laboratories and industry to its significant financial turnover, highlights the importance of reviewing studies on phycocyanin. Hence, this review describes recent findings about the sources, structure, function, production, extraction techniques and different applications of phycocyanin.

    Keywords: Antioxidant, Cyanobacter, Spirulina, Phycocyanin
  • Maryam Shahbazi*, Amin Karami, MohammadSaeed Pazirandeh, Zahra Sadat Shobbar Pages 23-36

    Glutathione s transferase (GST) is one of the largest protein and multigene families present in all plant species and other living organisms. With respect to these proteins, which are highly ‌inducible to stress and internal and external stimuli, several functions in plants have been identified, including implication in secondary metabolism, growth and development, detoxification of herbicides, as well as coping with environmental stresses such as drought, heat, and salinity through antioxidant activity. These enzymes lead to cell detoxification by binding glutathione to a variety of substrates such as endobiotics and xenobiotics. Most GSTs are cytoplasmic soluble enzymes, but mitochondrial and microsomal isoforms are also have been known in plants and animals. This article presents some of the most important recent findings on the evolution of GST, its frequency and structural features, with an emphasis on their role in plants. Also, the latest applications of this family of proteins in environmental biotechnology will be mentioned.

    Keywords: Antioxidant, Biotechnology, Detoxification, Glutathione S-transferase, Growth, development, Secondary metabolism
  • Hakimeh Oloumi* Pages 37-54

    Melatonin (N-acetyl-5-methoxytryptamine) is an indole metabolite derived from tryptophan which is synthesized in plant cells in the chloroplasts and mitochondria. Melatonin is present in all plant species, with large variations in its level depending on the plant organ or tissue, and is a molecule endowed with a multitude of functions that makes it worthy to be referred to as a plant growth regulator. One of the main functions of melatonin in plants is its substantial influence on plant hormones such as auxin, gibberellins, cytokinins, and abscisic acid. Melatonin functions in plants are similar to the antioxidant activities of auxin. Melatonin has many beneficial actions, generally improving physiological responses such as seed germination and growth, photosynthesis (pigment content, photorespiration, stomatal conductance, and water economy), seed and fruit yield, osmoregulation, and the regulation of the different metabolic pathways. Its ability to strengthen plants subjected to abiotic stress such as drought, cold, heat, salinity, chemical pollutants, herbicides, and UV radiation makes melatonin an interesting candidate for use as a natural bio-stimulating substance. In addition, melatonin is involved in numerous cellular functions as an antioxidant. It acts as an excellent scavenger of reactive oxygen species (ROS) and reactive nitrogen species (RNS) in plants. The studies showed that melatonin act as a direct antioxidant, neutralizing several ROS/RNS and other radical species harmful to the cell, and also acts as an activator of the antioxidant response, up-regulating various transcription factors that triggers the activity of antioxidant enzymes such as superoxide dismutases, catalases, peroxidases, and those involved in the ascorbate-glutathione cycle. Melatonin also acts as a circadian regulator, cyto-protector, and growth promoter, rhizogenesis, cellular expansion, and stress protection, in plants. All these data lead us to the idea that exogenous melatonin treatment might help crops resist under biotic and abiotic stressful environmental conditions.

    Keywords: Melatonin, Antioxidants, Plant growth regulator, Abiotic stress, Plant resistance
  • Faezeh Ghanati*, Fatemeh Erfanmanesh Pages 55-66

    The production of reactive oxygen species occurs during the natural metabolism of oxidative-breathing cells. Among reactive oxygen species, hydrogen peroxide is more dangerous to cell life due to its long half-life, meanwhile it is an important regulatory molecule in redox signaling in living things. Peroxidases are one of the key antioxidant enzymes that are widely distributed in nature and promote the oxidation of various electron donor substrates simultaneously with the decomposition of hydrogen peroxide which lead to production of water during reducing hydrogen peroxide and other hydroperoxides. Meanwhile, peroxidases, in addition to their known peroxide inhibitory properties, have physiological oxidizing functions.Based on the chemistry of the active site in the interaction with the peroxide, peroxidases are classified to non-heme and heme bearing peroxidases. The former contains heme in its catalytic center, and the latter has a reactive selenol or thiol in its active site. Iron-based plant peroxidases are divided into three classes I, II and III. Thiol plant peroxidases include glutathione peroxidase and proxy reduxins. The present article explains the structural and metabolic, and properties of peroxidases and provides certain practical procedures for determination of their enzymatic activities.

    Keywords: Hydrogen peroxide, heme-containing peroxidase, Peroxidase, peroxiredoxins, Thiol peroxidases
  • Mehrnaz Keyhanfar*, Hajar Alsadat Mansouri Tehrani Pages 67-76

    In recent years, the number of reports of nanoparticle production using green methods has increased exponentially. Green methods of nanoparticle production are based on oxidation and reduction reactions in which metal ions are reduced to nanoparticles with the help of compounds in living organisms or their extracts, including antioxidants. The presence of biomolecules, including antioxidants in plant extracts in a reducing and stabilizing role, can help produce metal nanoparticles. In living cells, free radicals are produced during the cellular oxidation process. Free radicals are highly reactive due to the presence of a single electron, and are therefore highly toxic to the cell. Antioxidants (natural and synthetic) are compounds that prevent free radicals from damaging the cell, and their presence is essential for living organisms. Green nanoparticles produced with plant extracts, in addition to greater stability and better size than nanoparticles produced using other living organisms, also have improved biological properties. The antioxidant property of the extract is an important parameter to control the green synthesis of metal nanoparticles. The antioxidant properties of plant extracts can lead to a better selection of plant extracts for the synthesis of nanoparticles with desired properties. Plant antioxidants have reducing properties and can be purified and used for the production of green metal nanoparticles.

    Keywords: Antioxidant, Free radical, Plant extract, Metal nanoparticles
  • Soolmaz Soleimani, Morteza Yousefzadi*, Mitra Arman Pages 77-98

    Marine algae are known to contain a wide variety of antioxidant compounds. Natural antioxidants, found in many algae, are important bioactive compounds that play an important role against various diseases and aging processes through protection of cells from oxidative damage. At present, there is a global interest in finding new and safe antioxidants from natural sources. Algae can have a variety of primary and secondary metabolites including biosynthesis, metabolism, accumulation and secretion, including carotenoids, phenolic compounds, phycobilins, sulfated compounds, as well as vitamins. All of these compounds are of great value in the medical, pharmaceutical, nutritional, and cosmetic industries. The purpose of this study is to introduce algae as a valuable rich antioxidant natural resource that can be used in various industries.

    Keywords: Algae, Antioxidants, Carotenoids, Photosynthesis, Phycocyanin, Vitaminstamins
  • Saeed Mollaei*, Mostafa Ebadi Pages 99-117

    Oxidative stress which is caused by overproduction of free radicals or oxygenated radical species, plays a major role in causing many diseases. The findings suggest the use of antioxidants as compounds to control the release of these radicals or directly prevention of their formation. Therefore, antioxidants can be used as drugs to reduce or prevent oxidative stress. Herbal medicines are the basis of modern pharmacy and many antioxidant compounds are derived from plant extracts. Due to the extinction danger of medicinal plants, the industrial production of many plant antioxidants is not possible. As a result, introducing endophytic fungi as a new source of natural antioxidant compounds could be a new way to access and produce natural antioxidants in food and pharmaceutical industries. In this review, the potential of endophytic fungi to produce phenolic compounds with antioxidant activities was investigated. Most endophytic fungi with antioxidant properties belong to the genera Fusarium and Aspergillus. We hope this review provides useful information for readers to understand the potential of endophytic fungi in the production of new antioxidants, and to encourage scientists to undertake projects that may lead to the development of novel natural antioxidant drugs.

    Keywords: Antioxidant, Endophytic fungi, Medicinal plants, Mechanism