التمثيل الضوئي هو العملية التي تصنع بها النباتات الطعام باستخدام ثاني أكسيد الكربون والماء وأشعة الشمس. يدخل ثاني أكسيد الكربون النبات من خلال مسام صغيرة في أوراقه تسمى الثغور. ينتقل الماء إلى الأوراق عبر الأوردة في النبات بعد أن تمتصه الجذور.
في عملية التمثيل الضوئي ، يتم استخدام الطاقة من ضوء الشمس لإنتاج الجلوكوز من ثاني أكسيد الكربون2 و ح2س. يوفر هذا الجلوكوز الغذاء للنبات. نظرًا لأن العديد من أشكال الحياة الأعلى تعتمد على كل من النباتات التي تأكلها والأكسجين للتنفس ، فإن هذه العملية ضرورية ل بقاء النظم البيئية.
ملحوظة: يحدث التمثيل الضوئي أيضًا في الطحالب وبعض أنواع البكتيريا. التركيز في هذا المنشور على التمثيل الضوئي في النباتات.
موقع التمثيل الضوئي
يحدث التمثيل الضوئي في البلاستيدات الخضراء الموجودة في الأوراق والسيقان الخضراء للنباتات. تحتوي الورقة الواحدة على عشرات الآلاف من الخلايا التي تحتوي كل منها على 40 إلى 50 بلاستيدات خضراء.
تنقسم كل بلاستيدات خضراء إلى عدة حجرات على شكل قرص تسمى ثايلاكويدات ، والتي يتم ترتيبها عموديًا مثل كومة من الفطائر. كل كومة تسمى جرانوم (الجمع هو جرانا) الذي يتم تعليقه في سائل يسمى السدى. ال
ردود الفعل التي تعتمد على الضوء تحدث في الجرانا. تحدث التفاعلات المستقلة للضوء في سدى البلاستيدات الخضراء.مرحلتان من التمثيل الضوئي
على الرغم من أن العملية برمتها قد تستغرق أقل من دقيقة ، إلا أن عملية التمثيل الضوئي معقدة نوعًا ما.
هناك خطوتان لعملية التمثيل الضوئي: ردود الفعل الخفيفة (جزء الصورة) و ردود فعل مظلمة والتي تُعرف أيضًا باسم دورة كالفين (جزء التركيب) ، ولكل مرحلة من مراحل التمثيل الضوئي خطوات متعددة.
ردود الفعل الخفيفة
تستخدم الخطوة الأولى في عملية التمثيل الضوئي الطاقة الضوئية لإنشاء جزيئات الطاقة الحاملة التي سيتم استخدامها في العملية الثانية. تستخدم هذه التفاعلات ، المعروفة باسم تفاعلات الضوء ، طاقة الشمس مباشرة. يتم احتواء مئات من جزيئات الصباغ في مركزات ضوئية في غشاء الثايلاكويد وتعمل كهوائيات لامتصاص الضوء ونقل الطاقة إلى جزيء الكلوروفيل.
تسمح أصباغ التمثيل الضوئي هذه للنباتات بامتصاص ضوء الشمس ، وهو أمر ضروري لبدء العملية. يؤدي الضوء إلى إثارة الإلكترونات ، مما يؤدي إلى حالة طاقة أعلى. ينتج عن هذا تحويل الطاقة من الشمس إلى طاقة كيميائية توفرها غذاء للنبات.
جزيئات الكلوروفيل في النباتات تشكل مركزًا للتفاعل ينقل الإلكترونات عالية الطاقة إلى الجزيئات المستقبلة ، والتي يتم نقلها بعد ذلك عبر سلسلة من حاملات الأغشية. تمر هذه الإلكترونات عالية الطاقة بين الجزيئات وتؤدي إلى تقسيم جزيئات الماء إلى أكسجين وأيونات الهيدروجين وإلكترونات.
في هذه الخطوة الأولى ، تتسبب سلسلة من التفاعلات في تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية وفي عمليتين منفصلتين الأنظمة الضوئية ، يتم نقل الإلكترونات بالتتابع لتوليد ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP) والنيكوتين الأدينين ثنائي النوكليوتيد الفوسفات (NADP+).
ثم تستمر بعض الإلكترونات عالية الطاقة في تقليل NADP+ إلى NADPH. ينتشر الأكسجين الناتج من البلاستيدات الخضراء ويهرب إلى الغلاف الجوي من خلال المسام الموجودة في الورقة. يتم استخدام ATP و NADPH المنتجين في هذه المرحلة الأولى في الخطوة التالية حيث يتم تكوين الجلوكوز.
ردود الفعل الخفيفة المستقلة
ينتج عن عملية التمثيل الضوئي الثانية التخليق الحيوي للكربوهيدرات من ثاني أكسيد الكربون2. في هذه المرحلة المستقلة عن الضوء (المعروفة سابقًا باسم الظلام) ، يوفر NADPH الذي تم إنشاؤه في الخطوة الأولى الهيدروجين الذي سوف شكل الجلوكوز بينما يتكون ATP في التفاعلات المعتمدة على الضوء يوفر الطاقة اللازمة لتوليفه.
تُعرف هذه المرحلة أيضًا باسم دورة كالفين ، وتحدث في السدى وتؤدي إلى إنتاج السكروز ، والتي سيتم استخدامها بعد ذلك كمصدر للغذاء والطاقة للنبات. تم تسمية هذه المرحلة باسم ملفين كالفين ، وهي تستخدم ATP و NADPH اللذين تم إنشاؤهما في المرحلة الأولى ، جنبًا إلى جنب مع إنزيم كربوكسيلاز الريبولوز ثنائي الفوسفات الموجود في البلاستيدات الخضراء.
يعمل الريبولوز هنا كمحفز ، "لتثبيت" جزيئات الكربون التي يتم تحويلها بعد ذلك إلى كربوهيدرات تعمل كمصدر للطاقة للنبات.