تعمل النباتات والطحالب كبنك طعام في العالم بفضل قوتها المذهلة في التمثيل الضوئي. في عملية التمثيل الضوئي ، يتم جمع ضوء الشمس بواسطة الكائنات الحية واستخدامها لإنتاج الجلوكوز والمركبات الأخرى الغنية بالطاقة والكربون.
يجد العلماء المراحل الثلاث للعملية مثيرة للاهتمام ، و مركز الطاقة الحيوية والتمثيل الضوئي في جامعة ولاية أريزونا ، يدافع عن أهمية التمثيل الضوئي بالنسبة للعمليات البيولوجية الأخرى.
TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)
يتم التعبير عن عملية تبادل الطاقة في عملية التمثيل الضوئي بـ 6H2O + 6CO2 + طاقة الضوء → ج6ح12ا6 (الجلوكوز: سكر بسيط) + 6O2 (أكسجين).
ما هو التمثيل الضوئي؟
البناء الضوئي هي عملية معقدة يمكن تقسيمها إلى مرحلتين أو أكثر ، مثل التفاعلات المعتمدة على الضوء والمستقلة عن الضوء. يبدأ نموذج التمثيل الضوئي المكون من ثلاث مراحل بامتصاص أشعة الشمس وينتهي بإنتاج الجلوكوز.
يتم تصنيف النباتات والطحالب وبعض البكتيريا على أنها التغذية الذاتية، مما يعني أنهم قادرون على تلبية احتياجاتهم الغذائية من خلال عملية التمثيل الضوئي. توجد الصور التلقائية في الجزء السفلي من ملف سلسلة غذائية لأنها تنتج الغذاء لجميع الكائنات الحية الأخرى. على سبيل المثال ، تؤكل النباتات من قبل الرعاة الذين قد يصبحون في النهاية مصدرًا غذائيًا للحيوانات المفترسة والمحللات.
الغذاء ليس هو المساهمة الوحيدة لعملية التمثيل الضوئي. الطاقة المخزنة في الوقود الحفري والخشب لتدفئة المنازل والشركات والصناعات. يدرس العلماء مراحل التمثيل الضوئي لمعرفة المزيد حول كيفية استخدام ذاتية التغذية للطاقة الشمسية وثاني أكسيد الكربون لإنتاج مركبات عضوية. يمكن أن تؤدي نتائج البحث إلى طرق جديدة لإنتاج المحاصيل وزيادة الغلات.
عملية التمثيل الضوئي: المرحلة 1: حصاد الطاقة المشعة
عندما يضرب شعاع من ضوء الشمس نباتًا مورقًا أخضر ، تبدأ عملية التمثيل الضوئي.
تحدث الخطوة الأولى من عملية التمثيل الضوئي في البلاستيدات الخضراء من الخلايا النباتية. يتم امتصاص الفوتونات الضوئية بواسطة صبغة تسمى الكلوروفيل ، وهي وفيرة في الغشاء الثايلاكويد لكل بلاستيدات خضراء. الكلوروفيل يظهر باللون الأخضر للعين لأنه لا يمتص الموجات الخضراء على طيف الضوء. إنه يعكسهم بدلاً من ذلك ، لذلك هذا هو اللون الذي تراه.
تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون من خلال الثغور (فتحات مجهرية في الأنسجة) لاستخدامها في التمثيل الضوئي. النباتات ترشح وتجدد الأكسجين في الهواء والمحيط.
المرحلة الثانية: تحويل الطاقة المشعة
بعد امتصاص الطاقة المشعة من ضوء الشمس ، يحول النبات الطاقة الضوئية إلى شكل قابل للاستخدام من الطاقة الكيميائية لتزويد خلايا النبات بالطاقة.
في ردود الفعل التي تعتمد على الضوء تحدث خلال المرحلة الثانية من عملية التمثيل الضوئي ، حيث تنفصل الإلكترونات عن جزيئات الماء ، تاركة الأكسجين كمنتج ثانوي. ثم تنتقل إلكترونات الهيدروجين في جزيء الماء إلى مركز تفاعل في جزيء الكلوروفيل.
في مركز التفاعل ، يمر الإلكترون على طول سلسلة نقل بمساعدة إنزيم سينسيز ATP. يتم فقدان الطاقة حيث ينخفض الإلكترون المثير إلى مستويات طاقة منخفضة. يتم نقل الطاقة من الإلكترونات إلى ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP) وخفض نيكوتيناميد فوسفات الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NADPH) ، والذي يشار إليه عادة باسم "عملة الطاقة" للخلايا.
المرحلة 3: تخزين الطاقة المشعة
تُعرف المرحلة الأخيرة من عملية التمثيل الضوئي بدورة كالفين بنسون ، حيث يستخدم النبات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي والمياه من التربة لتحويل ATP و NADPH. تحدث التفاعلات الكيميائية التي تشكل دورة كالفين بنسون في سدى البلاستيدات الخضراء.
هذه المرحلة من عملية التمثيل الضوئي هي مستقل عن الضوء ويمكن أن يحدث حتى في الليل.
تتمتع ATP و NADPH بفترة صلاحية قصيرة ويجب تحويلها وتخزينها بواسطة النبات. تمكّن الطاقة من جزيئات ATP و NADPH الخلية من استخدام أو "إصلاح" ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي ، مما يؤدي إلى إنتاج السكر والأحماض الدهنية والجلسرين في المرحلة الثالثة من عملية التمثيل الضوئي. يتم تخزين الطاقة التي لا يحتاجها المصنع على الفور لاستخدامها لاحقًا.
