بسم الله الرحمن الرحيم بنستكمل محاضرات ال physical
optics و اتعرفنا في المحاضرة السابقة على وسائل
الحماية من الضوء او من الموجات الكهرومغناطسية
الدارة المرافقة للضوء و حكينا انه بيوصل على سطح
الأرض الضوء المرئي بمعنى ال visible light و قليل
من ال ultraviolet و قليل من ال infraredوقليل جدا
جدا جدا من باقي الإشعاعات و .. اللي هي إشعاعات
ضارة زي ال ionizing radiation وصل الضوء لسطح الأرض
لابد من أنه نتكلم الآن عن المرحلة التانية بعد وصول
الضوء وهي مرحلة ال visible light sensing الإحساس
بالضوء المرئي أو فهم الضوء المرئي أو التعامل مع
الضوء المرئيأو الاستفادة للكائنات الحية من الضوء
المري و قبل ما نوصل لاستفادة الإنسان من الضوء
المري و استخدامه في عملية الرؤية و التعرف على
الأشياءو استخدام جهاز الإبصار للتنقل و للقراة و
لأشياء و وظائف عديدة جدا لابد انه يعني نذكر و
نستعرض الكائنات الأدنى من الإنسان وصولها لأدنى
الكائنات مثل البكتيريا كيف هي بتتعامل مع الضوء و
كيف هي بتفهم الضوءWe have traced the origins of
visible light from the sun to the earth surfaces
احنا اتبعنا نشوء الضوء المرئي من الشمس وصوله لسطح
الأرض و ايضا تتبعنا وسائل الحماية من الأشعة الغير
مرئية و الموجات الكهرومغناطيسية الضارة زي الجامعة
و ال X-ray و ما شابهequally instructive are the
mechanisms by which the biological molecule
absorbs visible light and then informs the animal
of that event بنفس الطريقة يعني يداش مهم احنا
نتعرف على نشوء الضوء في داخل الشمسومصوله إلى سطح
الأرض بشكل آمن وسليم وغير ضارب أيضًا يعني على نفس
المستوى وعلى نفس القدر من الأهمية أنه نتعرف على
الآليات اللي بوسطتها الأجزاء الحيوية أو الجزيئات
الحيوية أو المركبات الكيميائية الموجودة في الخلايا
يعني كيف إنها بتمتص الضوء المرئي وبيتعطي معلومات
للكائن الحي أو للحيوان عن وجود حدث ما أمامه مثال،
إنسان واقف أماميفتحت عينيا وجيت هذا الإنسان يعني
واقف أمامي عرفت هذا الشخص مين هو وعرفت مين اسمه
وإيش علاقته فيا سواء إنسان قريب أو غريب أو ما إلى
ذلك اللي حدث إنه الضوء اللي صدر من هذا الجسم نتيجة
سقوط ضوء الشمس أو ضوء الغرفة أو أي ضوء عليه وانعكس
باتجاه عيني ووصل ل ..يعني مركب كيميائي موجود في
مستقبلات الضوء ال photo receptors اللي هي ال cones
و ال rods اللي هي من ضمن مكونات الشبكية دخل الضوء
على ال photo receptors وصل لمركب كيميائي بيسموه ال
rodopsin أو الصبغة البصرية الصبغة البصرية أو ال
rodopsin أو هذا المركب الكيميائي هو الوحيد القادر
على فهم الضوءوإيصال هذا الفهم للدماغ ثم يقوم
الدماغ بعمليات تحليل عليا ينتج عنها إدراكي لمين
الشخص أو الشيء اللي واقف أمامي أو الحدث اللي بيحدث
أمامي، إذا بقدر ما هو مهم نعرف من شاء الضوء ووصوله
لسطح الأرض بنفس الأهمية مهم أنه نعرف الآلياتاللي
بواسطتها الأجزاء الحيوية .. الأجزاء الجزيئيات
الحيوية اللي موجودة في داخل الخلايا ونقصد فيها
خلايا ال photo receptors كيف هي بتنتصط ضوء المرء
وكيف بتعطينا معلومات عن الحدث اللي بيحدث أمامنا أو
أمام أي كائن حي هذا بيشبهحق كتير جدا، ظاهرة
فيزيائية، طبعا مالاش علاقة مباشرة في .. في .. في
قضية الرؤية، ولكن من وجه الشبه يعني تضرب كمثال In
a sense, this represents the equivalent of
Einstein photoelectric effectإيش هو ال Einstein
photoelectric effect و ليش بيشبه هذه العملية؟
بنقول كالاتي أول إشي بدنا نعرف إيش هو ال Einstein
photoelectric effect بنرجع للرسمة التالية Einstein
وجد أن أي مادة .. أي مادة لما بيسقط عليها الضوء
يعني لما بتوصلها فوتو ناتو الضوءبتخليها ينبعث منها
إلكترونات هاي عندي أنا صفيحة من المعدن metal plate
.. metal plate سقط عليه كمية من الضوء دخلت
الفوتونات أو ضربت الفوتونات في صفيحة المعدن تسببت
في انبعاث عدد من الإلكترونات لما شدت الإضاءة بتكون
أقل .. عفوا أكتر عدد الإلكترونات المنبعثةبيكون
أكتر إذا هذه الصفيحة المعدنية تأثرت بالضوء وصارت
تطلق الإلكترونات حسب شدة الضوء الساقط عليها وكمية
الضوء الساقط عليه إذا هي تأثرت ما الدليل على إنها
تأثرت هذه الصفيحة من المعدن إنه أطلقت يعني أو بعثت
إلكترونات من ذراتها من ذراتها زي ما الصورة بتوضع
أيضا لما بسقط الضوء على الجزائي الحيوي
بيعمل تغيير في الجزء الحيوي، هذا الجزء الحيوي لما
يتغير بتبعت إشارات بس مش في الفرار، بتبعت إشارات
عبر العصب البصري إلى الدماغ و من ثم الدماغ بيحلل
هذه الإشارات و بالنهاية الإنسان بدرق أن اللي قدامه
بني آدم، سيارة، شجرة، لعبة، جوال، إلى آخرى،
فبالتالي بيعرف إيش الحدث اللي بيحدث أماما، زي ما
تأثرت صفيحة المعدنبالضوء و بعثت إلكترونات أيضًا
بنفس الفكرة الجزاء الحيوي الموجود في ال photo
-receptors ال photo-receptors اللي هم ال cones و
ال rods اللي خلايا من ضمن خلايا الشبكية موجود فيها
الصبغة البصرية اللي اسمها Rodopsin احنا لأ مش
هنسميه Rodopsin هنسميه الجزاء الحيويالجزء الحيوي
هو الجزء الكيميائي أو المركب العضوي الموجود داخل
خلايا الـ photoreceptor والوحيد القادر على فهم
الضوء بدليل أنه لما بيسقط عليه الضوء بيجوم بعمليات
معينة، هذه العمليات المعينة تشبهالـ Photoelectric
Effect بتاع Einstein أنه زي ما الضوء بيسقط على
صفيحة معدن صفيحة المعدن بتتأثر و ذراتها بتصير تطلق
إلكترونات أيضا الضوء لما بيسقط على الجزيء الحيوي
اللي موجود في الخلايااللي هي ال photoreceptors أو
مستقبلات الضوء في الشبكية، أيضًا لما بسقط عليه
الضوء، بيعمل أو بيحدث فيه أثر، هذا الأثر بتنشأ عنه
إشارة كهربائية تصل للدماغ، الدماغ بيقوم بما تبقى
من العملية، وهي عملية إدراك ما الذي يحدث أمام
العين، ما الذي يحدث أمام العينإذن in essence this
represents the equivalent هذا يكافئ لل Einstein
photoelectric effect طيب إيش هو ال biological
molecule? Rhodopsin is the biological molecule
typically used for this purposeممكن سنقول و القصة
هاي الكبيرة، يعني إيش الهدف منها؟ يعني بنقول
كالقاتي، لو احنا تعبنا عشان نجيب شخص من أسبانيا،
يعني هذا الشخص مثلا بارع جدا في جراحة العيون و
جراحة الشبكية و لا يتكلم إلا اللغة الأسبانيةالخطوة
التانية بعد مجيءه، ضروري جدا أن يكون عندنا إنسان
يستطيع فهم اللغة الأسبانية عشان يترجم بيننا وبينه
فبالتالي إذا الضوء وصل من سطح الشمس إلى الأرض
وعدّى عبر وسائل الأمان كلها وماكانش فيه أي ضرر
فلابد من وجود جزئ حيوي يفهم على الضوء ويستفيد من
الضوء ويعطي معلومات ضوئية .. ضوئية للكائن الحي
عشان يفهم الكائن الحيإيش الأشياء المحيطة فيه و
يفهمها من ناحية بصرية أو من ناحية رؤية يا ترى إيش
هو الجزء الحيوي؟ الجزء الحيوي هو ال Rodopsin هو ال
Rodopsin هو ال biological molecule اللي بيستعمل
لغرض فهم الضوء أو بأصح لغرض استقبال الضوء ..
استقبال الضوءطيب، اجوا العلماء قالوا احنا بدنا
نشوف اقدم رودوبسين وجد على سطح الأرض، بدنا نبدأ من
اقدم رودوبسين استطاعوا العلماء في الحفريات انهم
يوصلوله عساس يشوف كيف بساطت هذا ال رودوبسين
ويقارنوا بالردوبسين المعقد عند الكائنات العليا أو
في خلايا الشبكية بتاعت الكائنات العليا ويشوفوا كيف
اتطورت الحياة مقارنة الكائنات الأدنى مثل البكتيريا
وما شابه مع الكائنات العليا وعلى رأسها الإنسان
Perhaps the earliest form of sensory rhodopsinاسمه
bacteriorhodopsin ولمّا بنقول bacteriorhodopsin
يعني ال rodopsin الموجود في بعض أنواع البكتيريا
هنا الجملة لازم يعني نركز على بعض الكلمات هنا
sensory rodopsin معناته ال rodopsin بيقوم بعملية
الإحساس بالضوءفهم الضوء، ترجمة الضوء، التفاعل مع
الضوء، لما بنقول إحساس بالضوء، طبعا هذا الإحساس
يختلف عن إحساسنا إحنا بالضوء، إحساس الجزء الحيوي
أو المركب العضوي بالضوء لما يثبت عليه ممكن يشبه
إحساس
صفيحة المعدن بالضوء لما يسقط عليها الضوء لما بسقط
على صفيحة المعدن بينبعث منها إلكترونات زادة شدة
الإضاءة بيزيد كمية الإلكترونات المنبعثة إحساس ال
bacteriorhodopsin اللي موجود في البكتيريا يعني ال
Rodopsin اللي موجود في البكتيريا لما بسقط عليه
الضوء أنه بتحدث فيه تفاعلات كيميائية تؤدي إلى
استفادة هذه البكتيريا من الضوء في وظائفها الحيوية
احساس الإنسان لما الضوء بيسقط على ال rodopsin اللي
موجود في خلايا شبكته بيختلف حسب إيش نوع الإضاءة
أنا لما بشوف إنسان ممكن أنا أسر لما بشوف مثلا
حيوان مفترس ممكن ينتبني نوع من الخوف أو الرعب أو
ما شابه لما بشوف مثلاشيء يدعو للفرح بأفرح لما بشوف
شيء يدعو بالتالي الإحساسات هو اللي حصل ان ال
Rodopsin نفسه صار فيه تفاعل كيميائي هذا التفاعل
الكيميائي يرسل كإشارات كهربائية عبر العصب البصري
توصل للدماغ الدماغ بحللها وبناء عليه بيصير ردة فعل
الإنسان إذا كل كائن حي تعامله مع الضوء وفهمله
الضوء وتفاعل ال Rodopsin اللي موجود في خلاياهأو في
خلايا الإبصار عنده بيختلف من كائن إلى كائن، اذا
perhaps the earliest form of sensory rhodopsin
اللي هو ال bacteriorhodopsin is found in primitive
purple colored bacterium اسمها Halobacterium
halobiumووجدوا أقدم Rhodopsin و أطلقوا عليه
bacteriorhodopsin وجدوا في بعض أنواع البكتيريا
اللي وجدت في الحفريات هذه لونها purple هي كقرمزي
واسمها أو أطلقوا عليها halobacteriumالهالوبكتيريوم
هالوبيوم الهالوبكتيريوم هالوبيوم هي بكتيريا وجد
فيها أقدم نوع من ال sensory rhodopsin ربما يكون في
أشياء أقدم منها ولكن الاكتشافات لحد الآن ان
الهالوبكتيريوم هالوبيوم تحتوي على ال
bacteriorhodopsin اللي هو أقدم نوع من ال sensory
rhodopsin يعني اللي بيحس الضوء وبيفهم على الضوء
عفواit is not known how long this organism has
inhabited the earth من أمتى ال helobacterium
helobium كبكتيريا أو كجسم حي أو ككائن حي من أمتى
بدأت تعيش على سطح الأرض هذا الكلام لحد تلان مش
معروف ولكن من أزمنة قديمة تقدر بملايين السنينطيب
اجوا العلماء يقولوا احنا مش قادرين نحدد امتى
الhalobacterium halobium موجودة من امتى على سطح
الأرض بس خلينا نشوف خصائصها يمكن نقدر نستنتج يعني
وقت تقريبي امتى بدأت تظهر على سطح الأرض أو بمعنى
آخر متى خلقت هذه البكتيريا طبعا تقديريا howeverit
is preference for anaerobic conditions and a very
salty environment may mean it developed at a time
when little or no oxygen existed in the atmosphere
and the sea contained high salt concentrations
العلماء وجدوا هذه البكتيريا فيها صفات أول حاجة
أنها anaerobic يعني بتعيش في ظروف لا هوائي يعني مش
محتاجة للأكسجين في حياتها، هاي نقطةتاني حاجة أنها
بتعيش في بيئة مالحة جدا .. جدا فاتقدروا العلماء
طالما أن هذه ال bacteria اللي هي halobacterium ..
halobium بتعيش في ظروف لا هوائية يعني مش محتاجة لل
oxygen و في نفس الوقت بتعيش في ظروف مالحة جدا
معناته البكتيريا هذه ظهرت في الوقت اللي كان مافيش
فيه أكسوجين بتاتا أو فيه قليل جدا من الأكسوجين على
سطح الأرض و في الغلاف الجوي وأيضا أن البحار كانت
تحتوي على كميات أعلى بكثير من الملوحة من زماننا
المعاصر طب لو سألنا أنفسنا سؤال أمتى ماكانش فيه
أكسوجين؟على سطح الأرض أو كان قليل جدا من ال oxygen
لما ماكانش فيه نباتات لأنه النباتات هي المصدر
الرئيسي لل oxygen بواسط عملية البناء الضوء اللي هي
ال photosynthesis و اللي بينتج عنها كميات ضخمة من
ال oxygen .. من ال oxygen فبالتالي .. بالتالي ال
halobacterium halobium وجدت في عصور قديمة جدا
ساحقة و بعيدةفي .. في .. في الزمن الغابر تقدر
بملايين السنين ووجدت في وقت لم يكن هناك أو كان
قليل جدا من ال oxygen في الغلاف الجوي وأيضا كانت
البحار ملوحتها عالية جدا مقارنة مع ملوحتها في
العصر الحالي هاي صورة للhalobacterium halobiumوهاي
صورة معقدة للجسم أو لل Rodopsin البكتيريو Rodopsin
اللي موجود داخلها و اللي لو سقطت الضوء على ال
halobacterium halobium معروف انه الخلايا البكتيريا
مكونة من خلية واحدة هذه كائن حي كامل عبارة عن
بكتيريا مكون من خلية واحدة و في داخله هذا الجزء
المعقد طبعا بالاضافة لبعض الأشياء
يعني الأخرى اللي بتساعد الخلية في وظائفها الحيوية
إذا هذا ال bacterioprodopsin لما سقط عليه الضوء أو
لما .. يعني موجود داخل ال halobacterium halobium
موجود داخل هذا كجزء منها لما بسقط عليه الضوء
بيتفاعل مع الضوء أو بيعطي رد فعل على الضوء بيخلي
الخلية البكتيرية اللي halobacterium halobium بتفهم
هذه الإشارات الضوئيةو تستفيد منها في حياتها في
حياتها فبالتالي bacteriorhodopsin اللي هو احنا
عرضنا صورة تمثيلية له اللي هو هذا الجزء المعقد و
هنا رسم تمثيلي مبسط أكتر ال bacteriorhodopsin is a
complicated molecule عبارة عن جزء معقد بيحتوي على
248 حمض أميني amino acid ال bacteriorhodopsin مكون
من جزئينجزء بروتيني .. جزء بروتيني بيسموه الـ
obscene portion وجزء آخر بيسموه ال retinal portion
ال retinal portion كلمة retinal .. كلمة retina
تعني شبكية في علم العيون ال retinal هنا مقصود في
أحد أشكال vitamin A إذا ال bacteriorhodopsin .. ال
bacteriorhodopsin مكون من جزئينوبسين بورشين عشان
هيك بنقول بكتيريو رودوبسين والريتينال بورشين لما
بنجمع الوبسين مع الريتينال بطلع عندي ال بكتيريو
رودوبسين الوبسين بورشين هو الجزء البروتيني من هذا
الجزء المعقد الجزء البروتيني من هذا الجزء المعقد
مضافلهأحد أشكال vitamin A بيعطيني كله مع بعض ال
bacteriodopsin is a complicated molecule that
contains 248 amino acid in the obscene portion
يعني ال .. ال protein هو اللي بتكون من الأحماض
الأمنية which are linked to one retinal
chromophore يعني أنا عندي 248حمض أميني بيشكلولي
الأبسين ومربوط معهم retinal chromophore يعني صابغة
عبارة عن شكل من أشكال vitamin A طيب، الآن هذا
الجزيء المعقد اكتشف في خلية الhalobacterium
halobium الآن العلماء سألوا أنفسهم سؤال إيش اللي
ضررنا وإيش اللي عرفنا؟إن هذا البكتيريو ردوبسين
بتركيب too high فعلا بيتأثر بالضوء، ما هو مجرد
إطلاق الكلام إن هذا بيتأثر بالضوء بدون إثباتات
يعتبر هذا كلام مرسل لا فائدة منه، أجر العلماء
تجاربهذه التجارب اللي هي time-resolved
spectroscopic measurements اللي هي القياسات
الطيفية المرتبطة بالزمن القياسات الطيفية المرتبطة
بالزمن استعملوها العلماء ونتج عنها انه have
determined حددوا that
التجارب اللي أجروها العلماءبإنهم أسقطوا الضوء على
ال bacteriorhodopsin وشافوا إيش التغيرات .. إيش
التغيرات اللي بتصير في ال bacteriorhodopsin بمجرد
سقوط الضوء عليه عشان نثبت هل هو بتأثر بالضوء ولا
لا يتأثر بالضوء قبل ما نقول كيف طريقة تأثره بالضوء
بنرجع لتركيبته .. لتركيبته إنه بيتكون من جزءين
obscene portion اللي هو الجزء البروتيني اللي هو
عبارة عن 248 حمض أميني و retinal portion اللي هو
الصبغة المضافة وهي عبارة عن شكل من أشكال vitamin A
فوجدوا العلماء أول ما بيسقطوا الضوءوبسرعة خارقة
جدا ال retinal portion بتحول من نظير لنظير آخر من
.. من نظير ال cis لنظير لترانس ممكن إنسان يقول إيش
يعني cis وإيش يعني trans؟ بنذكر في الكيميا
العضوية، بنقول هي مركب، هذا خارج عن المحاضرة بس
لتوضيح الفكرة هذا cis to butane وهذا trans to
butane هم نفس المركب، بس هذا نظير وهذا نظير له،
هذا نظير وهذا نظير آخرملاحظين في ال sis isomers ال
isomers اللي هو النظير في ال sis isomers المجموعات
ال active groups اللي هي مجموعة ال methyl هنا على
نفس الناحية على نفس الناحية بينما في ال trans
مجموعة methyl هنا و مجموعة methyl هنا الان لما
بيكتبوا النظائر بنفس الصيغة الكيميائية بنفس الصيغة
الكيميائيةعدد ذرّات الكربون والهيدروجين هي نفسه
هنا، هي نفسه هنا، مافي أي فرق، بس الشكل الفراغي في
ال-Sys بيكون المجموعات ال active groups بيكون
موجودة على أو خلّيني أقول مش ال active groups اللي
هو المجموعات المرافقة بتكون على نفس الناحية، بينما
هنا المجموعات المرافقة للمركب بتكون على نواحي
متقابل أو in opposite direction، واحدة على side،
واحدة على side التانيالان ال retinal .. ال retinal
هو جزء من ال bacteriorhodopsin و ال obscene هو
الجزء التاني، اذا ال obscene زائد retinal بيعطيني
ال bacteriorhodopsin أول ما بسقط الضوء .. أول ما
بسقط الضوء .. أول شيء بيتغير .. أول شيء بيتغير هو
ال retinal portion في سرعة كده تغيره؟في سرعة واحد
على عشرة أقصى اتناش أو نقول عشرة أقصى ناقص اتناش
من الثانية يعني واحد على مليون مليون جزء من
الثانيةيعني في .. في زمن خارق جدا جدا و مجرد صفد
الضوء هذا التغيير بيحصل بدون ما نستطيع حتى احنا
انه هذا طبعا و في قياسات معينة طب ايش التغير اللي
في ال retinal بيحصل؟ انه ال ces isomer نظير ال ces
بتحول لنظيرال Trans هل هذه القضية فقط عند سقوط
الدقولة بيحصل حاجات تانية؟ أيضا ال obscene portion
زي ما ال retinal حصل فيه since ال Trans
isomerization وبسرعة خارقة أيضا يتلو بسرعة برضه
ليست بسيطةإنه ال obscene portion بيصيرله
deprotonation يعني فقدان للبروتون .. فقدان
للبروتون، تنسوش إنه ال obscene portion مكون من
أحماض أمينية و الحمض يعني لما بيتفاعل مع القاعدة
.. لما بيتفاعل مع القاعدة عشان يعطوني الملحالحمب
لازم يفقد بروتون من بروتونات الهيدروجين،
deprotonation طب ال .. ال Obscene ال deprotonation
بتاعهبيصير في سرعة جداش عشرة أص ناقص خمسة من
الثانية يعني في واحد على ميت ألف جزء من الثانية
يعني بسرعة شاهقة جدا الضوء بيحدث في تغيرات تغيرات
في ال option portion و في ال retinal portion بتاعة
ال bacteriorhodopsin استدل العلماء من ذلك أن ال
bacteriorhodopsin يفهم الضوءويتفاعل مع الضوء وإلا
لو لم يكن هذا الكلام صحيح كان بمجرد سقوط الضوء ما
حصلش حاجة وضل ال bacteriorhodopsin يعني في حاله
الأساسية ما صار عليه أي تغير .. ما صار عليه أي
تغير بنتوقف عند هذه النقطة و المرة القادمة بنشوف
إيش خصائص ال bacteriorhodopsin و بننتقل لأجزاءأكثر
تعقيدا أو كائنات أكثر تعقيدا من البكتيريا ويعطيكم
العافية والسلام عليكم ورحمة الله وبركاته