معلومة

18.7: التمثيل الضوئي - علم الأحياء

18.7: التمثيل الضوئي - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

تستخدم Photoautotrophs ضوء الشمس كمصدر للطاقة ومن خلال عملية التمثيل الضوئي ، تقلل ثاني أكسيد الكربون لتكوين الكربوهيدرات مثل الجلوكوز. يتم تحويل الطاقة المشعة إلى طاقة الرابطة الكيميائية داخل الجلوكوز والجزيئات العضوية الأخرى. تُعرف النباتات والطحالب والبكتيريا الزرقاء باسم autotrophs الأكسجين لأنها تصنع الجزيئات العضوية من المواد غير العضوية ، وتحول الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية ، وتستخدم الماء كمصدر للإلكترون ، وتولد الأكسجين كمنتج نهائي لعملية التمثيل الضوئي. رد الفعل الكلي لعملية التمثيل الضوئي هو كما يلي:

[6 CO_2 + 12 H_2O xrightarrow [ text {light}] { text {chlorophyll}} C_6H_ {12} O_6 + 6 O_2 + 6 H_2O ]

لاحظ أن التمثيل الضوئي هو تفاعل الأكسدة والاختزال مع ثاني أكسيد الكربون ( (CO_2 )) يتم تقليله لإنتاج الجلوكوز ( (C_6H_ {12} O_6 )) ويتأكسد الماء ( (H_2O )) لإنتاج الأكسجين ( (O_2 ) )). يتكون التمثيل الضوئي من مرحلتين: التفاعلات المعتمدة على الضوء والتفاعلات المستقلة للضوء.


البناء الضوئي

سيراجع محررونا ما قدمته ويحددون ما إذا كان ينبغي مراجعة المقالة أم لا.

البناء الضوئي، العملية التي تقوم من خلالها النباتات الخضراء وبعض الكائنات الحية الأخرى بتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية. أثناء عملية التمثيل الضوئي في النباتات الخضراء ، يتم التقاط الطاقة الضوئية واستخدامها لتحويل الماء وثاني أكسيد الكربون والمعادن إلى أكسجين ومركبات عضوية غنية بالطاقة.

لماذا البناء الضوئي مهم؟

التمثيل الضوئي أمر بالغ الأهمية لوجود الغالبية العظمى من الحياة على الأرض. إنها الطريقة التي تصبح بها كل الطاقة الموجودة في المحيط الحيوي متاحة للكائنات الحية. كمنتجين أساسيين ، تشكل الكائنات الحية الضوئية قاعدة الشبكات الغذائية للأرض ويتم استهلاكها بشكل مباشر أو غير مباشر من قبل جميع أشكال الحياة الأعلى. بالإضافة إلى ذلك ، فإن معظم الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي يرجع إلى عملية التمثيل الضوئي. إذا توقف التمثيل الضوئي ، فسرعان ما سيكون هناك القليل من الطعام أو المواد العضوية الأخرى على الأرض ، وستختفي معظم الكائنات الحية ، وسيصبح الغلاف الجوي للأرض في النهاية خاليًا تقريبًا من الأكسجين الغازي.

ما هي الصيغة الأساسية لعملية التمثيل الضوئي؟

تتم كتابة عملية التمثيل الضوئي بشكل عام على النحو التالي: 6CO2 + 6 ح2O → C.6ح12ا6 + 6O2. هذا يعني أن المواد المتفاعلة ، ستة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون وستة جزيئات ماء ، يتم تحويلها بواسطة الطاقة الضوئية التي يلتقطها الكلوروفيل (ضمنيًا بالسهم) إلى جزيء سكر وستة جزيئات أكسجين ، المنتجات. يستخدم الجسم السكر ، ويتم إطلاق الأكسجين كمنتج ثانوي.

ما هي الكائنات الحية التي يمكنها التمثيل الضوئي؟

تم العثور على القدرة على التمثيل الضوئي في كل من الكائنات حقيقية النواة والكائنات بدائية النواة. وأشهر الأمثلة على ذلك هي النباتات ، حيث تحتوي جميع الأنواع الطفيلية أو المغذية الفطرية باستثناء عدد قليل جدًا منها على الكلوروفيل وتنتج طعامها. الطحالب هي المجموعة المهيمنة الأخرى لكائنات التمثيل الضوئي حقيقية النواة. تعد جميع الطحالب ، والتي تشمل عشب البحر الضخم والمشطورات المجهرية ، منتجين أساسيين مهمين. البكتيريا الزرقاء وبعض بكتيريا الكبريت هي بدائيات النوى الضوئية ، والتي تطورت فيها عملية التمثيل الضوئي. لا يُعتقد أن أي حيوان قادر بشكل مستقل على التمثيل الضوئي ، على الرغم من أن البزاقة البحرية الخضراء الزمردية يمكن أن تدمج مؤقتًا الطحالب الخضراء في جسمها لإنتاج الغذاء.

سيكون من المستحيل المبالغة في تقدير أهمية التمثيل الضوئي في الحفاظ على الحياة على الأرض. إذا توقف التمثيل الضوئي ، فسرعان ما سيكون هناك القليل من الطعام أو المواد العضوية الأخرى على الأرض. ستختفي معظم الكائنات الحية ، وبمرور الوقت سيصبح الغلاف الجوي للأرض خاليًا تقريبًا من الأكسجين الغازي. الكائنات الحية الوحيدة القادرة على الوجود في ظل هذه الظروف هي البكتيريا التخليقية الكيميائية ، والتي يمكن أن تستخدم الطاقة الكيميائية لبعض المركبات غير العضوية وبالتالي لا تعتمد على تحويل الطاقة الضوئية.

الطاقة التي تنتجها عملية التمثيل الضوئي التي نفذتها النباتات منذ ملايين السنين هي المسؤولة عن الوقود الأحفوري (أي الفحم والنفط والغاز) الذي يغذي المجتمع الصناعي. في العصور الماضية ، زادت النباتات الخضراء والكائنات الحية الصغيرة التي تتغذى على النباتات بشكل أسرع من استهلاكها ، وترسبت بقاياها في قشرة الأرض عن طريق الترسيب والعمليات الجيولوجية الأخرى. هناك ، محمية من الأكسدة ، تم تحويل هذه البقايا العضوية ببطء إلى وقود أحفوري. لا توفر هذه الأنواع من الوقود الكثير من الطاقة المستخدمة في المصانع والمنازل ووسائل النقل فحسب ، بل تعمل أيضًا كمواد خام للبلاستيك والمنتجات الاصطناعية الأخرى. لسوء الحظ ، استهلكت الحضارة الحديثة في بضعة قرون فائض إنتاج التمثيل الضوئي المتراكم على مدى ملايين السنين. وبالتالي ، فإن ثاني أكسيد الكربون الذي تمت إزالته من الهواء لصنع الكربوهيدرات في عملية التمثيل الضوئي على مدى ملايين السنين يتم إرجاعه بمعدل سريع بشكل لا يصدق. يرتفع تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض بأسرع ما كان في تاريخ الأرض ، ومن المتوقع أن يكون لهذه الظاهرة آثار كبيرة على مناخ الأرض.

لقد خلقت متطلبات الغذاء والمواد والطاقة في عالم يتزايد فيه عدد السكان بسرعة الحاجة إلى زيادة كل من كمية التمثيل الضوئي وكفاءة تحويل ناتج التمثيل الضوئي إلى منتجات مفيدة للناس. حققت إحدى الاستجابة لتلك الاحتياجات - ما يسمى بالثورة الخضراء ، التي بدأت في منتصف القرن العشرين - تحسينات هائلة في العائد الزراعي من خلال استخدام الأسمدة الكيماوية ومكافحة الآفات وأمراض النبات وتربية النباتات والحراثة الآلية والحصاد ، ومعالجة المحاصيل. أدى هذا الجهد إلى الحد من المجاعات الشديدة في مناطق قليلة من العالم على الرغم من النمو السكاني السريع ، لكنه لم يقضي على انتشار سوء التغذية. علاوة على ذلك ، ابتداء من أوائل التسعينيات ، بدأ معدل زيادة غلات المحاصيل الرئيسية في الانخفاض. كان هذا صحيحًا بشكل خاص بالنسبة للأرز في آسيا. كما أن ارتفاع التكاليف المرتبطة بالحفاظ على معدلات عالية من الإنتاج الزراعي ، والتي تتطلب مدخلات متزايدة باستمرار من الأسمدة ومبيدات الآفات والتطوير المستمر لأنواع نباتية جديدة ، أصبحت مشكلة للمزارعين في العديد من البلدان.

كان من المتوقع أن تؤدي ثورة زراعية ثانية ، قائمة على الهندسة الوراثية النباتية ، إلى زيادة إنتاجية النبات وبالتالي التخفيف جزئيًا من سوء التغذية. منذ سبعينيات القرن الماضي ، امتلك علماء الأحياء الجزيئية وسائل لتغيير المادة الوراثية للنبات (حمض الديوكسي ريبونوكلييك ، أو الحمض النووي) بهدف تحقيق تحسينات في مقاومة الأمراض والجفاف ، وإنتاجية المنتج وجودته ، ومقاومة الصقيع ، وغيرها من الخصائص المرغوبة. ومع ذلك ، فإن هذه السمات معقدة بطبيعتها ، وقد تبين أن عملية إجراء تغييرات على نباتات المحاصيل من خلال الهندسة الوراثية أكثر تعقيدًا مما كان متوقعًا. في المستقبل ، قد تؤدي مثل هذه الهندسة الوراثية إلى تحسينات في عملية التمثيل الضوئي ، ولكن بحلول العقود الأولى من القرن الحادي والعشرين ، لم تثبت بعد أنها يمكن أن تزيد بشكل كبير من غلة المحاصيل.

من المجالات الأخرى المثيرة للاهتمام في دراسة التمثيل الضوئي اكتشاف أن بعض الحيوانات قادرة على تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية. سبيكة البحر الزمرد الأخضر ( إليسيا كلوروتيكا) ، على سبيل المثال ، الجينات والبلاستيدات الخضراء من فوشريا ليتوريا، طحلب تستهلكه ، مما يمنحها قدرة محدودة على إنتاج الكلوروفيل. عندما يتم استيعاب ما يكفي من البلاستيدات الخضراء ، قد تتخلى البزاقة عن تناول الطعام. من البازلاء (Acyrthosiphon pisum) يمكنه تسخير الضوء لتصنيع مركب الأدينوسين ثلاثي الفوسفات الغني بالطاقة (ATP) ، وقد تم ربط هذه القدرة بتصنيع المن من أصباغ كاروتينويد.


أنواع الفسفرة الضوئية: نوعان | البناء الضوئي

إنها عملية الفسفرة الضوئية التي يتم فيها إرجاع الإلكترون المطرود بواسطة مركز الصور المتحمس إليه بعد المرور عبر سلسلة من ناقلات الإلكترون. يحدث في ظل ظروف شدة الضوء المنخفضة ، الموجة وطول الطول الأطول من 680 نانومتر وعند ثاني أكسيد الكربون2 التثبيت ممنوع.

غياب ثاني أكسيد الكربون2 ينتج عن التثبيت عدم الحاجة إلى الإلكترونات من أجل و shymation NADPH. يتم تنفيذ photophosphoryla & shytion دوري بواسطة نظام ضوئي أنا فقط. مركزها للصور P700 يقذف إلكترونًا بكسب 23 كيلو كالوري / مول من الطاقة بعد امتصاص وإخفاء فوتون من الضوء (hv). بعد فقدان الإلكترون يتأكسد مركز الصورة.

يمر الإلكترون المطرود عبر سلسلة من الناقلات بما في ذلك X أو A.0 (أ خاص P700 جزيء الكلوروفيل) ، أ ، (كينون) ، مجمعات FeS (FeSX، FeSأ، FeSب) ، الفيروكسين ، (Fd) ، البلاستوكينون (PQ) ، السيتوكروم b & # 8211 f المركب والبلاستوسيانين قبل العودة إلى مركز الصور. أثناء تجاوز السيتوكروم كوم & شيبليكس ، ينشط الإلكترون مرور المحترفين والشيتونات لإنشاء تدرج بروتوني لتخليق ATP من ADP والفوسفات غير العضوي.

تقوم بكتيريا هالو أو بكتيريا الهالوفيل أيضًا بإجراء الفسفرة الضوئية ولكن لا يتم استخدام ATP المنتج في تخليق الطعام. تمتلك هذه البكتيريا صبغة جرثومية أرجوانية متصلة بغشاء البلازما. عندما يسقط الضوء على الصباغ ، فإنه ينتج مضخة بروتون تستخدم في تخليق ATP.

النوع 2. الفسفرة الضوئية غير الدورية:

إنها العملية الطبيعية للفسفرة الضوئية التي لا يعود فيها الإلكترون المطرود بواسطة مركز الصور المثير. يتم إجراء عملية الفسفرة الضوئية غير الدورية بالتعاون مع كلا النظامين الضوئي الأول والثاني. يتم التقاط الإلكترون المنطلق أثناء التحلل الضوئي للماء بواسطة مركز الصور لـ PS II المسمى P.680. ينبثق نفس الشيء عندما يمتص مركز الصور الطاقة الضوئية (hv).

تبلغ طاقة الإلكترون المبثوق 23 كيلو كالوري / مول. يمر عبر سلسلة من ناقلات الإلكترون - phaeophytin و PQ و cytochrome b & # 8211 f complex و plastocyanin. أثناء المرور فوق مركب السيتوكروم ، يفقد الإلكترون طاقة كافية لمزامنة وتخليق ATP. يتم تسليم الإلكترون إلى Photo Center P700 من PS I بواسطة plastocyanin. ص700 يقذف الإلكترون بعد امتصاص الطاقة الضوئية. يمر الإلكترون المبثوق عبر الكلوروفيل الخاص X ، Fe-S ، ferroxin ، للوصول أخيرًا إلى NADP +. ثم يتحد الأخير مع H + (يتم إطلاقه أثناء التحلل الضوئي) بمساعدة NADP-reductase لتشكيل NADPH. وهذا ما يسمى مخطط Z نظرًا لشكله المتعرج المميز بناءً على إمكانات الأكسدة والاختزال لحاملات الإلكترون المختلفة (الشكل 13.18).


اختبار الممارسة FLVS علم الأحياء EOC

انقر للحصول على ورقة عمل لمساعدتك في تنظيم وتوثيق دراستك عبر الإنترنت لـ Biology EOC.

انقر للحصول على قائمة مرجعية لاستخدامها بعد إجراء اختبار FLVS التدريبي لمساعدتك في تنظيم مجالات الدراسة الأكثر احتياجًا.

يرجى إرسال بريد إلكتروني إلى Cheyenna Novotny بأسئلة أو مخاوف أو أخطاء على صفحات الويب الخاصة بمراجعة Biology EOC.

هل أنت من مقاطعة أخرى في فلوريدا؟ نحن & # 39d نحب أن نسمع منك عن كيفية قيام موقعنا على الويب بمساعدتك في الاستعداد لـ EOC!

هذا الموقع مجاني لجميع الطلاب. لا تدفع مقابل استخدام هذا الموقع. إذا طُلب منك الدفع مقابل استخدام هذا الموقع ، فيرجى الإبلاغ عن تجربتك هنا.


يمكن أن تساعد البصيرة الجديدة في عملية التمثيل الضوئي في نمو نباتات أكثر مرونة

الائتمان: CC0 المجال العام

أنشأ فريق بحثي بقيادة جامعة ولاية واشنطن نموذجًا حاسوبيًا لفهم كيفية تخزين النباتات للطاقة في غشاء الثايلاكويد ، وهو هيكل رئيسي لعملية التمثيل الضوئي في أوراق النبات.

أكد الفريق دقة النموذج الرياضي من خلال التجارب المعملية. تم نشر عملهم مؤخرًا في المجلة نباتات الطبيعة.

قال هيلموت كيرشوف ، الأستاذ في معهد الكيمياء الحيوية بجامعة WSU وقائد الفريق الذي توصل إلى هذا الاكتشاف: "لقد قدمنا ​​جزءًا مهمًا من اللغز الشامل لعملية التمثيل الغذائي للنبات". "إذا قمنا بدمج نموذجنا في الصورة الأكبر ، فقد يوفر مسارًا جيدًا لكيفية تحسين النباتات لبيئات معينة."

تقوم النباتات بتحويل ضوء الشمس إلى طاقة قابلة للاستخدام من خلال عملية التمثيل الضوئي ، ولكنها تضبط باستمرار مكان وكيفية تخزين الطاقة الذاتية بناءً على مستوى الضوء ودرجة الحرارة والرطوبة وعوامل أخرى.

يمكن أن يؤدي اكتشاف كيفية إجراء النباتات لهذه التعديلات إلى تحسين فهمنا لكيفية أدائها في الحقل والمساعدة في تطوير نباتات جديدة يمكنها تحمل درجات الحرارة المرتفعة الناتجة عن تغير المناخ.

يمكن أن يكون لنتائج كيرشوف ومعاونيه آثار وفوائد واسعة في السنوات القادمة ، حيث تم دمج نموذجهم مع الآخرين لمعرفة المزيد حول كيفية عمل التمثيل الضوئي بالضبط.

يحدث تحويل الطاقة من ضوء الشمس وتخزين الطاقة في أغشية الثايلاكويد المتخصصة في البلاستيدات الخضراء في الأوراق.

قال كيرشوف: "إنها تعمل مثل البطارية". "في الأوراق ، تضخ النباتات البروتونات من جانب واحد من غشاء الثايلاكويد إلى الجانب الآخر لتوليد تدرج من الشحنات الموجبة والسالبة."

وقال إنه لتنظيم تخزين الطاقة هذا ، تتحكم القنوات الأيونية في تذبذب كمية الطاقة المتاحة.

قد يكون فهم هذه العملية المعقدة هو المفتاح لإطعام الناس حول العالم على كوكب يزداد احترارًا.

قال كيرشوف: "التمثيل الضوئي قوي للغاية". "إذا لم يتم التحكم فيه ، يمكن أن ينتج الكثير من الطاقة ، مما ينتج عنه جزيئات خطرة يمكن أن تقتل النبات. ستعني النباتات الهندسية ذات التحكم الأفضل في التمثيل الضوئي أن هذه النباتات يمكن أن تعيش في ظروف أكثر إشراقًا ودفئًا."

ألقى العلماء مجموعة متنوعة من الأضواء على الأوراق وقاموا بقياس التغيرات في الامتصاص والفلورة.

قال كيرشوف: "إننا نضيء الأوراق بكثافة ضوء مختلفة لخلق حالة من الإثارة في الأصباغ". "ثم تقوم الورقة بتغيير خصائص الامتصاص والفلورة التي نقيسها ، لتخبرنا بما يجري في الورقة."


الفيديو / الصوت / الرسوم المتحركة

  • راقب آلية التمثيل الضوئي في النبات
  • تعرف على التفاعلات الكيميائية الرئيسية التي تحدث أثناء عملية التمثيل الضوئي
  • تعرف على كيفية تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية

يعد موضوع التمثيل الضوئي مفهومًا أساسيًا في علم الأحياء والكيمياء وعلوم الأرض. لقد وجدت الدراسات التعليمية أنه على الرغم من العروض التقديمية في الفصول الدراسية ، فإن معظم الطلاب يحتفظون بفكرتهم الساذجة بأن كتلة النبات مستمدة في الغالب من التربة وليس من الهواء. لجذب انتباه الطلاب إلى هذا المفهوم الخاطئ ، سنقدم في بداية هذا الدرس نتيجة تجريبية مفاجئة حتى يواجه الطلاب خطأهم العقلي. بعد ذلك ، سنساعد الطلاب على تصور التمثيل الضوئي بشكل أفضل من خلال نمذجة مصدر الذرات في هذه العملية المهمة التي تنتج غذاءً للكوكب. يمكن إكمال هذا الدرس في 50-60 دقيقة ، حيث يعمل الطلاب على الأنشطة داخل الفصل خلال 20-25 دقيقة من الدرس. كشرط أساسي ، يحتاج الطلاب إلى درس تمهيدي حول التمثيل الضوئي ، وهو شيء يتضمن المعادلة الكيميائية الشاملة. إذا كان الطلاب قد درسوا بالفعل عملية التمثيل الضوئي داخل الخلايا بالتفصيل ، فيمكن أن يظل هذا الفيديو مفيدًا للغاية لأن الطلاب غالبًا ما يفوتون الصورة الكبيرة حول التمثيل الضوئي. تشمل المواد المطلوبة مكعبات LEGO باللون الأحمر والأبيض والأسود (موصوفة في النشرة القابلة للتنزيل) أو شرائط من الورق الأحمر والأبيض والأسود بالإضافة إلى مشابك الورق (الإرشادات متوفرة في النشرة القابلة للتنزيل). بالإضافة إلى مناقشات الفصل ، يتضمن النشاط الرئيسي في الفصل لهذا الفيديو نمذجة الطلاب باستخدام مكعبات LEGO® أو الورق الملون حيث تأتي الذرات في عملية التمثيل الضوئي.

تُظهر هذه الرسوم المتحركة تنفس الخلية كصورة كبيرة ، ثم تمر عبر خطوات التنفس الخلوي: تحلل السكر ، ودورة كريبس ، ونقل الإلكترون. كل رسم متحرك قصير ومباشر.

يقدم هذا الفيديو لمحة عامة عن التمثيل الضوئي.

يحتوي هذا الموقع على رسوم متحركة قصيرة رائعة ومذهلة لعمليات الخلايا المعقدة ، بما في ذلك التمثيل الضوئي وسلسلة نقل الإلكترون.

يقدم هذا الفيديو مزيدًا من التفاصيل حول تفاعل الضوء والفسفرة الضوئية التي تحدث في عملية التمثيل الضوئي.


18.7: التمثيل الضوئي - علم الأحياء

التمثيل الضوئي هو العملية التي تقوم بها النباتات وبعض البكتيريا وبعض البروتستانات بتحويل الطاقة الضوئية (الشمس) إلى طاقة كيميائية (طعام). يشار إلى هذه الكائنات باسم منتجين وهي ذات أهمية حيوية لجميع أشكال الحياة على الأرض. ينتجون الطعام لأنفسهم ويطعمون المستهلكون الذين لا يستطيعون صنع طعامهم بأنفسهم. الأكسجين ، الضروري أيضًا للحياة ، هو نتاج ثانوي لعملية التمثيل الضوئي.

تصف شبكة الغذاء كيف تتدفق الطاقة التي تنتجها النباتات عبر نظام بيئي. في هذا البرنامج التعليمي ، ستتعلم الهياكل والعمليات المتضمنة في عملية التمثيل الضوئي.

مصنعين

معظمنا على دراية بمفهوم المصنع ، حيث تدخل المواد الخام وتخرج المنتجات النهائية. تخيل حدوث عملية التمثيل الضوئي في مصنعين متصلين. تعمل منتجات المصنع الأول ، الجزيئات الحاملة للطاقة ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) و NADPH (فوسفات النيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد) ، على تشغيل المصنع الثاني لإنتاج السكر ، المنتج النهائي.


البناء الضوئي

التمثيل الضوئي هو العملية التي تستخدم بها النباتات ضوء الشمس والماء وثاني أكسيد الكربون لإنتاج الأكسجين والطاقة في شكل سكر.

أوراق الشجر الخضراء

أوراق النبات خضراء لأن هذا اللون هو جزء من ضوء الشمس ينعكس بواسطة صبغة في الأوراق تسمى الكلوروفيل.

الصورة مجاملة من Shutterstock

تعتمد معظم الحياة على الأرض على التمثيل الضوئي ، حيث تتم العملية بواسطة النباتات والطحالب وبعض أنواع البكتيريا التي تلتقط الطاقة من ضوء الشمس لإنتاج الأكسجين (O2) والطاقة الكيميائية المخزنة في الجلوكوز (السكر). ثم تحصل الحيوانات العاشبة على هذه الطاقة عن طريق تناول النباتات ، وتحصل عليها الحيوانات آكلة اللحوم عن طريق أكل الحيوانات العاشبة.

العملية

أثناء عملية التمثيل الضوئي ، تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون (CO2) والماء (H2س) من الجو والتربة. يتأكسد الماء داخل الخلية النباتية ، مما يعني أنه يفقد الإلكترونات ، بينما ينخفض ​​ثاني أكسيد الكربون ، مما يعني أنه يكتسب إلكترونات. هذا يحول الماء إلى أكسجين وثاني أكسيد الكربون إلى جلوكوز. ثم يطلق النبات الأكسجين مرة أخرى في الهواء ويخزن الطاقة داخل جزيئات الجلوكوز.

توجد داخل الخلية النباتية عضيات صغيرة تسمى البلاستيدات الخضراء ، والتي تخزن طاقة ضوء الشمس. يوجد داخل أغشية الثايلاكويد للبلاستيدات الخضراء صبغة ماصة للضوء تسمى الكلوروفيل ، وهي مسؤولة عن إعطاء النبات لونه الأخضر. أثناء عملية التمثيل الضوئي ، يمتص الكلوروفيل الطاقة من موجات الضوء الأزرق والأحمر ، ويعكس موجات الضوء الأخضر ، مما يجعل النبات يظهر باللون الأخضر.

التفاعلات المعتمدة على الضوء مقابل التفاعلات المستقلة عن الضوء

في حين أن هناك العديد من الخطوات وراء عملية التمثيل الضوئي ، يمكن تقسيمها إلى مرحلتين رئيسيتين: التفاعلات المعتمدة على الضوء والتفاعلات المستقلة عن الضوء. يحدث التفاعل المعتمد على الضوء داخل غشاء الثايلاكويد ويتطلب دفقًا ثابتًا من ضوء الشمس ، ومن هنا جاء اسم الضوء-متكل تفاعل. يمتص الكلوروفيل الطاقة من موجات الضوء ، والتي تتحول إلى طاقة كيميائية على شكل جزيئات ATP و NADPH. تحدث المرحلة المستقلة عن الضوء ، والمعروفة أيضًا باسم دورة كالفين ، في السدى ، وهي المسافة بين أغشية الثايلاكويد وأغشية البلاستيدات الخضراء ، ولا تتطلب الضوء ، ومن هنا جاء اسم الضوء-مستقل تفاعل. خلال هذه المرحلة ، يتم استخدام الطاقة من جزيئات ATP و NADPH لتجميع جزيئات الكربوهيدرات ، مثل الجلوكوز ، من ثاني أكسيد الكربون.

ومع ذلك ، لا يتم إنشاء جميع أشكال التمثيل الضوئي على قدم المساواة. هناك أنواع مختلفة من التمثيل الضوئي ، بما في ذلك التمثيل الضوئي C3 والتمثيل الضوئي C4. تستخدم غالبية النباتات التمثيل الضوئي لـ C3. إنه ينطوي على إنتاج مركب ثلاثي الكربون يسمى حمض 3-فوسفوجليسيريك خلال دورة كالفين ، والذي يتحول إلى جلوكوز. من ناحية أخرى ، ينتج التمثيل الضوئي لـ C4 مركبًا وسيطًا مكونًا من أربعة كربون ، والذي ينقسم إلى ثاني أكسيد الكربون ومركب ثلاثي الكربون خلال دورة كالفين. تتمثل إحدى فوائد التمثيل الضوئي لـ C4 في أنه من خلال إنتاج مستويات أعلى من الكربون ، فإنه يسمح للنباتات بالازدهار في بيئات لا تحتوي على الكثير من الضوء أو الماء.

أوراق النبات خضراء لأن هذا اللون هو جزء من ضوء الشمس ينعكس بواسطة صبغة في الأوراق تسمى الكلوروفيل.


مجمعات حصاد الضوء تزيد من كفاءة التمثيل الضوئي

كما ذكرنا سابقًا ، يرتبط كل مركز تفاعل بهوائي يحتوي على العديد من مجمعات حصاد الضوء (LHCs) المعبأة بالكلوروفيل أ واعتمادًا على الأنواع ، الكلوروفيل ب وأصباغ أخرى. تعزز مصادم الهدرونات الكبير عملية التمثيل الضوئي عن طريق زيادة امتصاص الضوء البالغ 680 نانومتر وتوسيع نطاق الأطوال الموجية للضوء التي يمكن امتصاصها (انظر الشكل 16-37).

يمكن امتصاص الفوتونات بواسطة أي من جزيئات الصبغة في كل LHC. ثم يتم نقل الطاقة الممتصة بسرعة (في & # x0003c10 & # x022129 ثانية) إلى واحد من اثنين من الكلوروفيل أ الجزيئات في مركز التفاعل المرتبط ، حيث يعزز فصل شحنة التمثيل الضوئي الأولي (انظر الشكل 16-38). يوجد داخل مصادم الهدرونات الكبير العديد من بروتينات الغشاء التي يتمثل دورها في الحفاظ على جزيئات الصبغة في الاتجاه الدقيق والموضع الأمثل لامتصاص الضوء ونقل الطاقة ، وبالتالي تعظيم العملية السريعة والفعالة جدًا المعروفة باسم نقل الرنين من الطاقة من أصباغ الهوائي إلى الكلوروفيل في مركز التفاعل. كما هو موضح في الشكل 16-39 أ ، تحتوي بعض بكتيريا التمثيل الضوئي على نوعين من LHCs: النوع الأكبر (LH1) يرتبط ارتباطًا وثيقًا بمركز تفاعل ، ويمكن للنوع الأصغر (LH2) نقل الطاقة الضوئية الممتصة إلى LH1. يوضح الشكل 16-39 ب هيكل الوحدات الفرعية التي يتكون منها مجمع LH2 في رودوبسودوموناس أسيدوفيلا. والمثير للدهشة أن الهياكل الجزيئية لمجمعات حصاد الضوء النباتية تختلف تمامًا عن تلك الموجودة في البكتيريا ، على الرغم من أن كلا النوعين يحتويان على الكاروتينات والكلوروفيل في ترتيب هندسي متجمع داخل الغشاء.

الشكل 16-39

مجمعات حصاد الضوء من بكتيريا التمثيل الضوئي رودوبسودوموناس أسيدوفيلا. (أ) رسم تخطيطي للمصادم LHCs الأسطواني ومركز التفاعل كما يُرى من أعلى مستوى الغشاء. يتكون كل مجمع LH2 من تسع وحدات فرعية (المزيد).

على الرغم من أن الكلوروفيل الهوائي يمكنه نقل الطاقة الضوئية الممتصة ، إلا أنه لا يمكنه إطلاق إلكترون. كما رأينا بالفعل ، فإن الكلوروفيل في مركز التفاعل قادر على إطلاق إلكترون بعد امتصاص كمية من الضوء. لفهم قدرتها على إطلاق الإلكترون ، نقوم بفحص بنية ووظيفة مركز التفاعل في النظم الضوئية البكتيرية والنباتية في القسم التالي.


منتجات التمثيل الضوئي

النواتج المباشرة لتفاعلات الضوء ودورة كالفين هي 3-فوسفوجليسيرات و G3P ، وهما شكلين مختلفين من جزيء السكر المكون من 3 كربون. اثنان من هذه الجزيئات مجتمعة يساوي جزيء جلوكوز واحد ، وهو المنتج الذي يظهر في معادلة التمثيل الضوئي. في حين أن هذا هو المصدر الغذائي الرئيسي للنباتات والحيوانات ، يمكن دمج هذه الهياكل العظمية المكونة من 3 كربون في العديد من الأشكال المختلفة. الشكل الهيكلي الجدير بالملاحظة السليلوز، ومواد ليفية قوية للغاية مصنوعة أساسًا من خيوط الجلوكوز. إلى جانب السكريات والجزيئات القائمة على السكر ، فإن الأكسجين هو المنتج الرئيسي الآخر لعملية التمثيل الضوئي. يعمل الأكسجين الناتج عن عملية التمثيل الضوئي على تغذية كل كائن حي على هذا الكوكب.

1. لإكمال دورة كالفين ، هناك حاجة لثاني أكسيد الكربون. يصل ثاني أكسيد الكربون إلى داخل النبات عبر الثغور، أو ثقوب صغيرة في سطح الورقة. لتجنب فقدان الماء والجفاف التام في الأيام الحارة ، تغلق النباتات ثغورها. هل يمكن للنباتات الاستمرار في الخضوع لعملية التمثيل الضوئي؟
أ. نعم ، ما دام هناك ضوء
ب. لا ، بدون CO2 العملية لا يمكن أن تستمر
ج. سيستمر رد فعل الضوء فقط

2. لماذا تعتبر منتجات التمثيل الضوئي مهمة للكائنات غير الضوئية؟
أ. إنه أساس معظم الطاقة الموجودة على الأرض
ب. إنهم بحاجة إلى العناصر الغذائية الثانوية التي تجمعها النباتات
ج. فهي ليست مهمة لإلزام آكلات اللحوم

3. لماذا تحتاج النباتات إلى الماء؟
أ. لعملية التمثيل الضوئي
ب. للهيكل
ج. لنقل المغذيات
د. كل ما ورداعلاه


شاهد الفيديو: عملية البناء الضوئي. شرح كامل. ثاني عشر علوم (كانون الثاني 2023).