ما هي تحولات الطاقة التي تحدث أثناء عملية التمثيل الضوئي؟

التمثيل الضوئي هو عملية تحويل ضوء الشمس إلى طاقة كيميائية عن طريق تخزينه في روابط الجلوكوز أو السكر. تحدث هذه العملية في النباتات والبكتيريا وبعض الطلائعيات أو الطحالب لإنتاج السكر كغذاء. يلتقط الكلوروفيل الموجود في أوراق نباتات التمثيل الضوئي الطاقة من ضوء الشمس ويحولها إلى كربوهيدرات. يستخدم التمثيل الضوئي ثاني أكسيد الكربون (CO2) والماء كمواد خام لإنتاج السكر وإطلاق الأكسجين كمنتج ثانوي.

يحدث التمثيل الضوئي بشكل أساسي في الأوراق والسيقان. تشتمل الورقة النموذجية على البشرة العلوية والسفلية ، والحزم الوعائية ، والميزوفيل والثغور ، أو مسام النبات. يعمل القشرة العلوية والسفلية كحماية للورقة. الثغور عبارة عن مسام في الطبقة السفلية من البشرة تعمل كممر لثاني أكسيد الكربون والهواء. تقوم حزم الأوعية الدموية بنقل المياه والمعادن والمواد المغذية حول النبات. يحتوي الميزوفيل على بلاستيدات خضراء في غشاء الثايلاكويد. هذا هو المكان الذي يحدث فيه التمثيل الضوئي.

يمكن كتابة التفاعل الكيميائي الكلي تحت التمثيل الضوئي كـ "6H2O + 6CO2> C6H12O6 + 6O2." تحدث العملية على مرحلتين. المرحلة الأولى هي تفاعل الضوء المستخدم لتكوين جزيئات عالية الطاقة. يتم تخزين الطاقة المحصودة في تفاعل الضوء في الخلايا على شكل مادة كيميائية تسمى ATP ، أو أدينوسين ثلاثي الفوسفات. المرحلة الثانية من عملية التمثيل الضوئي تسمى تفاعل دورة كالفين.

في هذا الجزء من التفاعل ، تُستخدم الطاقة الكيميائية المخزنة في ATP لإنتاج السكر من ثاني أكسيد الكربون من خلال تفاعلات إنزيمية أو إنزيمية. في البداية ، يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع مركب مكون من خمسة كربون يسمى ريبولوز ثنائي فوسفات (RuBP) ، محفزًا بواسطة إنزيم أوكسيجيناز كربوكسيلاز لإنتاج مركب مستقر ثلاثي الكربون يسمى الفوسفوجليسيرات (PGA). تعمل الطاقة الملتقطة في ATP على تحويل PGA إلى glyceraldehyde 3-phosphate (G3P) الذي يتم تحويله إلى مركبات عضوية أخرى.

يتم تحديد التمثيل الضوئي بشكل كبير من خلال عوامل مثل شدة الضوء ومغذيات التربة وتوافر المياه ودرجة الحرارة وتركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. انخفاض مستوى الماء يقلل من الرطوبة من التربة ويغلق الثغور. هذا يحد من انتشار ثاني أكسيد الكربون ويؤثر على التمثيل الضوئي.