ما هي الأصباغ الملحقة الأربعة اللازمة لعملية التمثيل الضوئي؟

تبدأ الطاقة الضوئية المنبعثة من الشمس تفاعلًا متسلسلًا في النباتات ينتج عنه البناء الضوئي من جزيئات الجلوكوز (السكر) الغنية بالطاقة من المركبات غير العضوية. يحدث هذا العمل الفذ المذهل من خلال إعادة ترتيب الجزيئات في البلاستيدات الخضراء من النباتات وفي السيتوبلازم لبعض الطلائعيات.

الكلوروفيل أ هو الصباغ الأساسي الذي يمتص ضوء الشمس لعملية التمثيل الضوئي المعتمدة على الضوء. أصباغ الملحقات مثل: كلورفيلب, الكاروتينات, زانثوفيلس و الأنثوسيانين مد يد المساعدة لجزيئات الكلوروفيل بامتصاص طيف أوسع من موجات الضوء.

يحدث التمثيل الضوئي داخل أكوام من الأقراص المسطحة تسمى جرانا وتقع في سدى من عضيات الخلايا النباتية. أصباغ التمثيل الضوئي الملحقة تحاصر الفوتونات التي فوتها الكلوروفيل أ.

يمكن أن تمنع أصباغ التمثيل الضوئي أيضًا عملية التمثيل الضوئي عندما تكون مستويات الطاقة داخل الخلية عالية جدًا. يختلف تركيز أصباغ التمثيل الضوئي والهوائي في الخلايا النباتية اعتمادًا على احتياجات الضوء للنبات والوصول إلى ضوء الشمس أثناء دورة تعتمد على الضوء من التمثيل الضوئي.

تعتمد معظم سلاسل الغذاء التي تتكون منها الشبكة الغذائية على الطاقة الغذائية التي تنتجها التغذية الذاتية من خلال التمثيل الضوئي. تصنع الخلايا النباتية حقيقية النواة الجلوكوز في البلاستيدات الخضراء التي تحتوي على أصباغ تمتص الضوء مثل الكلوروفيل أ و ب.

الأكسجين هو منتج ثانوي لعملية التمثيل الضوئي التي يتم إطلاقها في الماء أو الهواء المحيط بالنبات. تحتاج الكائنات الهوائية مثل الطيور والأسماك والحيوانات والبشر إلى طعام يأكلونه وأكسجين للتنفس.

ينقل الكلوروفيل أ الضوء الأخضر ويمتص الضوء الأزرق والأحمر ، وهو الأمثل لعملية التمثيل الضوئي. لهذا السبب ، يعتبر الكلوروفيل أ أكثر الأصباغ فعالية وأهمية في عملية التمثيل الضوئي.

يمتص الكلوروفيل أ البروتونات ويسهل نقل الطاقة الضوئية إلى طاقة الغذاء بمساعدة الأصباغ الإضافية ، مثل الكلوروفيل ب ، وهو جزيء له العديد من الخصائص المتشابهة.

تحتوي أصباغ الإكسسوار على بنية جزيئية مختلفة قليلاً عن الكلوروفيل أ الذي يسهل امتصاص الألوان المختلفة على طيف الضوء. يعكس الكلوروفيل ب و ج درجات متفاوتة من الضوء الأخضر ، وهذا هو السبب في أن الأوراق والنباتات ليست كلها بنفس الظل الأخضر.

يخفي الكلوروفيل أ أصباغ الإكسسوار الأقل وفرة في الأوراق حتى السقوط عندما يتوقف الإنتاج. في غياب الكلوروفيل ، يتم الكشف عن الألوان المبهرة للأصباغ الملحقة المخبأة في الأوراق.

مثال:

• الكلوروفيل ب ينقل الضوء الأخضر ويمتص الضوء الأزرق والأحمر بشكل أساسي. يتم تسليم الطاقة الشمسية الملتقطة إلى الكلوروفيل أ ، وهو جزيء أصغر ولكنه أكثر وفرة في البلاستيدات الخضراء.

• الكاروتينات تعكس موجات الضوء البرتقالي والأصفر والأحمر. في الورقة ، تتجمع أصباغ الكاروتين بجانب جزيئات الكلوروفيل لتسليم الفوتونات الممتصة بكفاءة. الكاروتينات هي جزيئات قابلة للذوبان في الدهون ، ويعتقد أيضًا أنها تلعب دورًا في تبديد كميات مفرطة من الطاقة المشعة.

• زانثوفيل تمرر الأصباغ الطاقة الضوئية إلى الكلوروفيل أ وتعمل كمضادات للأكسدة. يمنح التركيب الجزيئي الزانثوفيل القدرة على قبول أو التبرع بالإلكترونات. تنتج أصباغ Xanthophyll اللون الأصفر في أوراق الخريف.

• أنثوسيانين تمتص الأصباغ الضوء الأزرق والأخضر وتساعد الكلوروفيل أ. تدين التفاح وأوراق الخريف بحيويتها لمركبات الأنثوسيانين البنفسجي المحمر. الأنثوسيانين هو جزيء قابل للذوبان في الماء ويمكن تخزينه في فجوة الخلية النباتية.
  

ترتبط أصباغ التمثيل الضوئي مثل الكلوروفيل ب والكاروتينات بالبروتين لتشكيل هيكل يشبه الهوائي معبأ بإحكام لالتقاط الفوتونات الواردة. أصباغ الهوائي تمتص الطاقة المشعة، إلى حد ما مثل الألواح الشمسية في المنزل.

تضخ أصباغ الهوائي الفوتونات في مراكز التفاعل كجزء من عملية التمثيل الضوئي. تثير الفوتونات إلكترونًا في الخلية يتم تسليمه بعد ذلك إلى جزيء متقبل قريب ويستخدم في النهاية في صنعه جزيئات ATP.