البلاستيدات الخضراء هي محولات الطاقة الشمسية "الخضراء" الأصلية. تستخدم هذه العضيات الصغيرة ، الموجودة فقط في خلايا النباتات والطحالب ، الطاقة من الشمس لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى جلوكوز وأكسجين. يصف دان جينك ، كاتب العلوم في معهد Biodesign بجامعة ولاية أريزونا العملية على النحو التالي ، "... تقترب النباتات من ذروة البخل عن طريق تنظيف كل فوتون تقريبًا من الطاقة الضوئية المتاحة لإنتاجها غذاء."
في هذه المقالة ، سنستعرض العملية العامة لـ البناء الضوئي، كيف تعمل البلاستيدات الخضراء ، وكيف تعمل على استخدام المدخلات الكيميائية والشمس لصنع الجلوكوز.
الطاقة الكيميائية المحتملة
تسمى الطاقة المخزنة داخل الرابطة الجزيئية ، "الطاقة الكيميائية الكامنة". عندما تكون الرابطة الكيميائية تتكسر ، مثل عندما يؤكل جزيء النشا ثم يتحلل في الجهاز الهضمي للحيوان ، والطاقة صدر. تحتاج جميع الكائنات الحية إلى الطاقة للبقاء على قيد الحياة.
يسمى الجزيء الرئيسي المستخدم للطاقة في الكائنات الحية ATP. يتم إنشاء ATP في الخلايا عن طريق الجلوكوز ومسارات التمثيل الغذائي المعقدة. من أجل الحصول على الجلوكوز ، على الرغم من ذلك ، يجب على النباتات والطحالب وغيرها من الكائنات ذاتية التغذية تحويل الطاقة الشمسية إلى جلوكوز عبر عملية تسمى التمثيل الضوئي.
التمثيل الضوئي: رد الفعل
يحول التمثيل الضوئي الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية مخزنة في الروابط الجزيئية للجلوكوز. تحدث هذه العملية في البلاستيدات الخضراء. يستخدم النبات جزيئات الجلوكوز لإنتاج الكربوهيدرات المعقدة - النشا والسليلوز - والعناصر الغذائية الأخرى التي يحتاجها للنمو والتكاثر. وهكذا ، فإن عملية التمثيل الضوئي تجعل من الممكن تحويل الطاقة الضوئية إلى شكل من أشكال الطاقة التي يمكن استخدامها في الغذاء ، من قبل كل من النبات والحيوانات التي تأكل النبات.
يمكن تمثيل التمثيل الضوئي بالمعادلة المبسطة التالية:
6 كو2 (ثاني أكسيد الكربون) + 6 ساعات2O (ماء) → C.6ح12ا6 (جلوكوز) + 6 س2 (أكسجين)
•••صور Goodshoot RF / Goodshoot / Getty Images
التمثيل الضوئي ووظيفة البلاستيدات الخضراء: كيف يعمل
يحدث التمثيل الضوئي في خطوتين - واحد يعتمد على الضوء و ضوء واحد مستقل.
ال ردود الفعل الخفيفة تبدأ عملية التمثيل الضوئي عندما يصطدم ضوء الشمس بخلية تحتوي على بلاستيدات خضراء ، عادة في الخلايا الورقية للنباتات. الكلوروفيل ، الصبغة الخضراء الموجودة داخل البلاستيدات الخضراء ، تمتص جزيئات من الطاقة الضوئية تسمى الفوتونات. يبدأ الفوتون الممتص سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي تنتج نوعين من المركبات عالية الطاقة ، ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) و NADPH (فوسفات نيكوتيناميد أدينين ثنائي النوكليوتيد).
تُستخدم هذه المركبات لاحقًا في التنفس الخلوي من أجل توليد المزيد من الطاقة القابلة للاستخدام في شكل ATP.
بالإضافة إلى الطاقة الضوئية ، تتطلب تفاعلات الضوء أيضًا الماء. أثناء عملية التمثيل الضوئي ، تنقسم جزيئات الماء إلى أيونات الهيدروجين والأكسجين. يستهلك التفاعل الهيدروجين ، ويتم إطلاق ذرات الأكسجين المتبقية من البلاستيدات الخضراء على شكل غاز أكسجين (O2).
ردود الفعل الخفيفة المستقلة
ال مستقل عن الضوء يُعرف أيضًا جزء من عملية التمثيل الضوئي باسم دورة كالفين. باستخدام الجزيئات المنتجة في التفاعلات المعتمدة على الضوء - ATP للطاقة و NADPH للإلكترونات - كالفن تستخدم الدورة سلسلة دورية من التفاعلات الكيميائية الحيوية لتحويل ستة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون إلى جزيء الجلوكوز.
تحتوي كل خطوة في دورة كالفين على إنزيم يحفز التفاعل.
وظيفة البلاستيدات الخضراء والطاقة الخضراء
تم العثور على المواد الخام لعملية التمثيل الضوئي بشكل طبيعي في البيئة. تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون من الهواء والماء من التربة وضوء الشمس وتحولها إلى أكسجين وكربوهيدرات. هذا يجعل البلاستيدات الخضراء المستهلكين والمنتجين الأكثر كفاءة في العالم للطاقة النظيفة والمتجددة.
كما يضمن تدوير الكربون والأكسجين في البيئة. بدون عملية التمثيل الضوئي من النباتات والطحالب ، لن يكون هناك أي طريقة لإعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون إلى أكسجين قابل للتنفس.
هذا هو السبب في إزالة الغابات و تغير المناخ ضارة جدًا بالبيئة: بدون كتل من الطحالب والأشجار والنباتات الأخرى لتكوين الأكسجين وسحب ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون2 سوف تزيد المستويات. يؤدي هذا إلى زيادة درجة الحرارة العالمية ، وتعطيل دورات تبادل الغازات ويمكن أن يضر بالبيئة بشكل عام.