يمثل التمثيل الضوئي العملية البيولوجية التي تقوم من خلالها النباتات بتحويل الطاقة الضوئية إلى سكر لتغذية الخلايا النباتية. يتكون من مرحلتين ، أحدهما يحول الطاقة الضوئية إلى سكر ، ثم التنفس الخلوي يحول السكر إلى أدينوسين ثلاثي الفوسفات ، المعروف باسم ATP ، الوقود لجميع الحياة الخلوية. تحويل ضوء الشمس غير القابل للاستخدام يجعل النباتات خضراء.
في حين أن آليات التمثيل الضوئي معقدة ، فإن التفاعل الكلي يحدث على النحو التالي: ثاني أكسيد الكربون + ضوء الشمس + الماء> الجلوكوز (السكر) + الأكسجين الجزيئي. يحدث التمثيل الضوئي من خلال عدة خطوات تحدث خلال مرحلتين: مرحلة الضوء والمرحلة المظلمة.
المرحلة الأولى: تفاعلات الضوء
في العملية التي تعتمد على الضوء ، والتي تحدث في الجرانا ، فإن بنية الغشاء المكدس داخل البلاستيدات الخضراء ، تساعد الطاقة المباشرة للضوء النبات على تكوين جزيئات تحمل الطاقة لاستخدامها في المرحلة المظلمة من البناء الضوئي. يستخدم المصنع الطاقة الضوئية لتوليد الإنزيم المساعد نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد فوسفات ، أو NADPH و ATP ، الجزيئات التي تحمل الطاقة. تخزن الروابط الكيميائية في هذه المركبات الطاقة وتستخدم خلال المرحلة المظلمة.
المرحلة الثانية: التفاعلات المظلمة
تُعرف المرحلة المظلمة ، التي تحدث في السدى وفي الظلام عند وجود الجزيئات التي تحمل الطاقة ، أيضًا باسم دورة كالفين أو C3 دورة. تستخدم المرحلة المظلمة ATP و NADPH المتولدين في طور الضوء لصنع روابط تساهمية C-C من الكربوهيدرات من ثاني أكسيد الكربون والماء ، مع ثنائي فوسفات الريبولوز الكيميائي أو RuBP ، وهي مادة كيميائية 5-C تلتقط الكربون ثاني أكسيد. ستة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون تدخل الدورة ، والتي بدورها تنتج جزيء واحد من الجلوكوز أو السكر.
كيف يعمل التمثيل الضوئي
المكون الرئيسي الذي يدفع عملية التمثيل الضوئي هو جزيء الكلوروفيل. الكلوروفيل جزيء كبير له بنية خاصة تمكنه من التقاط الطاقة الضوئية وتحويلها إلى إلكترونات عالية الطاقة ، والتي تستخدم أثناء تفاعلات المرحلتين لإنتاج السكر أو الجلوكوز.
في بكتيريا التمثيل الضوئي ، يحدث التفاعل في غشاء الخلية وداخل الخلية ، ولكن خارج النواة. في النباتات والطفيليات ذات التمثيل الضوئي - البروتوزوان هي كائنات وحيدة الخلية تنتمي إلى حقيقيات النوى المجال ، نفس مجال الحياة الذي يشمل النباتات والحيوانات والفطريات - يحدث التمثيل الضوئي في الداخل البلاستيدات الخضراء. البلاستيدات الخضراء هي نوع من الحجرات العضية أو الغشائية ، تتكيف مع وظائف محددة مثل توليد الطاقة للنباتات.
البلاستيدات الخضراء - قصة تطورية
بينما توجد البلاستيدات الخضراء اليوم داخل الخلايا الأخرى ، مثل الخلايا النباتية ، فإن لها الحمض النووي والجينات الخاصة بها. كشف تحليل تسلسل هذه الجينات أن البلاستيدات الخضراء تطورت من كائنات حية ذاتية التمثيل الضوئي مرتبطة بمجموعة من البكتيريا تسمى البكتيريا الزرقاء.
حدثت عملية مماثلة عندما أسلاف الميتوكوندريا ، العضيات داخل الخلايا حيث يحدث التنفس التأكسدي ، وهو المادة الكيميائية المعاكسة لعملية التمثيل الضوئي. وفقًا لنظرية التعايش الداخلي ، وهي نظرية تم تعزيزها مؤخرًا بسبب دراسة جديدة نُشرت في مجلة Nature ، كلا الصانعات الخضراء والميتوكوندريا عاشت مرة واحدة كبكتيريا مستقلة ، لكنها غُمرت داخل أسلاف حقيقيات النوى ، مما أدى في النهاية إلى ظهور النباتات الحيوانات.
