פיטוכרום

הפיטוכרום הוא חומר אורגני, מהחומרים המרכזיים ביותר בצמח מבחינת תהליכים התלויים באור. הפיטוכרום מורכב משני חלקים – מחלבון ומכרומופור שהוא החלק הרגיש לאור.

גילוי הפיטוכרום

הפיטוכרום התגלה בתחילת המאה ה-20 במהלך ניסויים לבדיקת השפעת אור על נביטת זרעי חסה. הניסויים העלו מיד שהארה על הזרעים אפילו במשך זמן קצר ביותר, מעלה בסדר גודל את אחוזי הנביטה (אך האור לא הכרחי לנביטה). החוקרים חיפשו את אורך הגל שמוביל לנביטה מקסימלית וגילו שזהו אור אדום באורך של 660 ננומטר. בנוסף, התגלה שאם מקרינים את הזרעים באור תת אדום באורך גל 730 ננומטר מתהפך התהליך - לא רק שאחוזי הנביטה יורדים שוב, אלא גם שהקרנה מחודשת באור אדום מובילה שוב לעלייה באחוזי הנביטה, ובאופן כללי לא משנה כמה הקרנות ניתנו, כל עוד הזמן בין ההקרנות לא ארוך מדי, ההקרנה האחרונה היא הקובעת - אם אדום אז הזרע נובט, אם תת-אדום הצמח לא נובט. בנוסף, הקרנה מיידית של קרינה תת-אדומה על הזרעים, בלי אף הארה אחרת, מקטינה את אחוזי הנביטה יותר מאשר חושך מוחלט.

מניסויים אלו הסיקו החוקרים שקיים פיגמנט יחיד, פיטוכרום (P), בעל תכונה יוצאת דופן - הקרנתו באור אדום משנה את המבנה הכימי שלו ואת ספקטרום הבליעה שלו, כך שאם לפני כן שיא הבליעה היה ב-660 ננומטר אז אחרי השינוי שיא בליעת הקרינה הוא ב-730 ננומטר. את הצורות השונות של הפיטוכרום סימנו: Pr, Pfr (פיטוכרום שקולט תת-אדום ופיטוכרום שקולט אדום בהתאמה).
ניסויים נוספים קשרו את הפיטוכרום לתופעות נוספות כגון פוטופריודיזם, שבירת תרדמה של זרעים, ועוד. כשבודדו פיטוכרום מצמחים אטיולנטיים (צמחים שגדלו ללא אור) נמצא שהוא מתאים לטיפוס של Pr כצפוי מכך שהוא לא נחשף לאור אדום. אחרי חשיפת הפיטוכרום המבודד לאור אדום התגלה, כמתחייב מהתאוריה, שינוי בספקטרום הבליעה והשיא החדש הופיע בהתאם באורך גל של 730 ננומטר.

סוגי פיטוכרום

בשיטות של כימיה אנליטית התגלה שקיימים חמישה סוגים שונים של פיטוכרום השונים זה מזה רק בחלק החלבוני, כלומר הם בעלי ספקטרום בליעה זהה אך הפעולה הביוכימית שהם יוצרים שונה. הסוגים השונים נבדלים ביניהם ביציבות המולקולה אחרי ההשתנות ל-Pfr. מסמנים את הסוגים השונים PA, PB וכו'. מסווגים את סוגי הפיטוכרום השונים לפי היציבות של סוג ה-Pfr שלהם: PAfr הוא מאוד לא יציב וזמן מחצית החיים שלו הוא כחצי שעה, ולכן הצמח כלל לא יסנתז PA באור אלא רק בחושך. מה שמעניין הוא שעיכוב התעתוק של קטעי ה-DNA המקודד לייצור PA הוא הפיך תת-אדום (הקרנה בתת-אדום הופכת את התהליך), כלומר כנראה נקבע על ידי פיטוכרום. סוג זה משמש לשליטה על תהליכי חושך שמתבטלים על ידי הארה יחידה כמו צמיחת צמחים אטיולנטיים. הסוג השני הכולל את PB ואת PC לעומת זאת יציב באור (כלומר צורת ה-fr יציבה יחסית), והוא משמש לשליטה בתהליכים הדורשים יחס ריכוזים (Pfr/Pr) מסוים לאורך זמן כמו למשל פוטופריודיזם.
ה- Pfr הוא הצורה הפעילה מבחינה ביולוגית של הפיטוכרום. כדי שלא תצטבר כמות של Pfr אחרי כל הארה, דבר שיקשה על ויסות התהליכים, בצמחים יש מנגנונים להשבת היחס בין הצורות השונות לרמה נמוכה. אופציה אחת היא באמצעות פירוק הפיטוכרום. את זה הצמח מממש בסוג הראשון, הלא יציב, שאז הוא מזרז את הפירוק של ה- Pfr על ידי אנזימים בנוסף לעצירת הסנתוז של הפיטוכרום. אופציה שנייה היא היפוך של הפיטוכרום לצורת ה-Pr, באמצעות אנזימים, וכך שמירה על יחס יציב. בצורה זו נשמרת תמיד הרגישות של הצמח לאור ולמשך האור.