مراحل التسلسل في التمثيل الضوئي

تحدث عملية التمثيل الضوئي ، وهي العملية التي يقوم بها الكائن الحي بتحويل الطاقة الضوئية وثاني أكسيد الكربون إلى كربوهيدرات وأكسجين ، في جميع النباتات الخضراء وكذلك في بعض الفطريات والكائنات وحيدة الخلية. تحدث غالبية خطوات التمثيل الضوئي في أصباغ تسمى الكلوروفيل. يستخدم التمثيل الضوئي الطاقة من الشمس ، وكذلك ثاني أكسيد الكربون والماء من بيئة النبات لإنتاج الجلوكوز.

ينتج التمثيل الضوئي أيضًا الأكسجين كمنتج ثانوي. ينتج كل الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي تقريبًا عن عملية التمثيل الضوئي التي تقوم بها العوالق النباتية في المحيط. يتكون التمثيل الضوئي من مرحلتين رئيسيتين: التفاعلات المعتمدة على الضوء لعملية التمثيل الضوئي وردود الفعل المستقلة للضوء.

البلاستيدات الخضراء هي العضية التي يحدث فيها التمثيل الضوئي في جميع النباتات. من المعتقد أنه في المراحل المبكرة من الحياة ، كانت البلاستيدات الخضراء موجودة ككيان خاص بها. ثم غمرتها خلايا أكبر وأصبحت ما نعرفه كعضية. وهذا ما يسمى نظرية التكافل الداخلي.
اقرأ المزيد عن هيكل ووظيفة البلاستيدات الخضراء.

يمكن تلخيص خطوات التمثيل الضوئي بالمعادلة التالية:

6 CO2 (ثاني أكسيد الكربون) + 6 H2O (الماء) + الطاقة = C6H12O6 (الجلوكوز) + 6 O2 (الأكسجين).

يتحد الكربون من ثاني أكسيد الكربون مع الهيدروجين والأكسجين من الماء لتكوين الجلوكوز ، والأكسجين والماء كمنتجات ثانوية. تتضمن العملية عدة مراحل وسيطة وتتطلب آلات خلوية مختلفة لتنفيذها. يوضح هذا أيضًا الترتيب العام لعملية التمثيل الضوئي.

يجب أن ينتقل ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي إلى البلاستيدات الخضراء للنباتات الخضراء حيث يحدث التمثيل الضوئي. يدخل ثاني أكسيد الكربون والماء الكائنات الحية وحيدة الخلية والنباتات المائية عن طريق الانتشار البسيط. تحتوي النباتات البرية على هياكل متخصصة تسمى الثغور تعمل كصمامات صغيرة للسماح بدخول الغازات إلى النبات والخروج منه.

يتم نقل الماء من التربة إلى النباتات البرية عبر الجذور ويتم نقله بواسطة الأنسجة الوعائية. يتم التقاط الضوء بشكل أساسي من خلال أوراق النباتات ، التي تطور شكلها لالتقاط الطاقة الشمسية بأقصى قدر من الكفاءة في البيئة المميزة لكل نوع.

التالي في ترتيب التمثيل الضوئي هو التفاعلات المعتمدة على الضوء. أثناء التفاعلات المعتمدة على الضوء لعملية التمثيل الضوئي ، يتم تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية. يقوم الضوء بتقسيم جزيئات الماء إلى هيدروجين وأكسجين وإلكترونات حرة.

تُستخدم الإلكترونات الحرة لشحن الجزيئات الحاملة للطاقة مثل أدينوسين ثلاثي الفوسفات ، والذي يُطلق عليه أيضًا ATP ، وفوسفات نيكوتيناميد أدينين ثنائي النوكليوتيد ، ويسمى أيضًا NADP. هناك العديد من المسارات الجزيئية التي يتم من خلالها تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية ، بما في ذلك الفسفرة الضوئية الحلقية والفسفرة الضوئية غير الدورية.
اقرأ المزيد عن التفاعلات المعتمدة على الضوء.

التالي في ترتيب التمثيل الضوئي هو تفاعلات الضوء المستقلة. خلال هذه التفاعلات ، يتم استخدام منتجات تفاعل الضوء لتكوين الكربوهيدرات. يتم التقاط ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي وربطه بمكون الهيدروجين في الماء تنقسم الجزيئات أثناء تفاعل الضوء ، وتتكون الكربوهيدرات من خلال عملية تسمى كالفن دورة. يُعرف هذا الجزء من عملية التمثيل الضوئي أيضًا باسم تثبيت الكربون ، وهو عامل مهم في الحفاظ على ثبات مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

الجلوكوز قابل للذوبان في الماء ويذوب في السوائل الداخلية للنبات. يتم نقل الجلوكوز من الأوراق وتوزيعه على بقية النبات عن طريق الانتشار في النباتات البسيطة ومن خلال الأنسجة الوعائية في النباتات الأكثر تعقيدًا. يمكن بعد ذلك استخدام الجلوكوز على الفور أو تخزينه.

تحتفظ النباتات ببعض الأكسجين داخل أنسجتها لاستخدامها لاحقًا عند استقلاب الجلوكوز المخزن عن طريق عملية كيميائية مشابهة لتنفس الحيوانات. لذلك يجب على النباتات أن تقوم بعملية التمثيل الضوئي أكثر مما تتنفس. يتم إطلاق الأكسجين الفائض بنفس الطريقة التي يتم بها امتصاص ثاني أكسيد الكربون ، عن طريق الانتشار البسيط أو من خلال ثغور النبات.