شؤون الحدائق

عملية التمثيل الضوئي: لفترة وجيزة وبشكل واضح للأطفال

Pin
Send
Share
Send
Send


في المرحلة الضوئية من عملية التمثيل الضوئي ، يتم تصنيع ATP و NADP · H.2 بسبب الطاقة المشعة. هذا يحدث على مركبات البلاستيدات الخضراءحيث تشكل الأصباغ والإنزيمات مجمعات معقدة لتشغيل الدوائر الكهروكيميائية ، يتم من خلالها نقل الإلكترونات وبروتونات الهيدروجين جزئيًا.

في نهاية المطاف ، تنتهي الإلكترونات في الإنزيم NADP ، الذي يُشحَّن سلبًا ، ويجذب جزءًا من البروتونات إلى نفسه ويتحول إلى NADPH2. أيضا ، فإن تراكم البروتونات على جانب واحد من غشاء الثايلاكويد والإلكترونات على طول الجانب الآخر يخلق تدرجًا كهروكيميائيًا ، يستخدم إمكانات إنزيم ATP لتوليفه ATP من ADP وحمض الفسفوريك.

الأصباغ الرئيسية لعملية التمثيل الضوئي هي الكلوروفيل المختلفة. تلتقط جزيئاتها إشعاع أطياف الضوء المختلفة جزئيًا. في الوقت نفسه ، تنتقل بعض الإلكترونات من جزيئات الكلوروفيل إلى مستوى طاقة أعلى. هذه حالة غير مستقرة ، ومن الناحية النظرية ، يجب أن تنقل الإلكترونات ، بنفس الإشعاع ، الطاقة المستلمة من الخارج إلى المستوى السابق وتعود إلى المستوى السابق. ومع ذلك ، في خلايا التمثيل الضوئي ، يتم التقاط الإلكترونات المثيرة من قبل المتقبلين ، مع انخفاض تدريجي في طاقتها ، تنتقل عبر سلسلة الناقل.

على أغشية الثايلاكويد ، هناك نوعان من أنظمة الضوئية التي تنبعث منها الإلكترونات عند تعرضها للضوء. نظم Photos Photoso عبارة عن مجمع معقد من صبغات الكلوروفيل في الغالب مع مركز تفاعل ، تنفصل منه الإلكترونات. في النظام الضوئي ، يمسك ضوء الشمس بالعديد من الجزيئات ، لكن يتم جمع كل الطاقة في مركز التفاعل.

تعمل إلكترونات النظام الضوئي I ، التي تمر عبر سلسلة الناقل ، على تقليل NADPH.

يتم استخدام طاقة الإلكترونات المنفصلة عن النظام الضوئي الثاني لتركيب ATP. وتملأ الإلكترونات من النظام الضوئي الثاني الثقوب الإلكترونية للنظام الضوئي الأول.

تمتلئ فتحات النظام الضوئي الثاني بالإلكترونات الناتجة عنها التحلل الضوئي من الماء. يحدث التحلل الضوئي أيضًا بمشاركة الضوء وهو تحلل H2يا للبروتونات والإلكترونات والأكسجين. إنه نتيجة لتحلل ضوئي للماء يتشكل الأكسجين الحر. وتشارك البروتونات في إنشاء التدرج الكهروكيميائي والحد من NADPH. تستقبل الإلكترونات نظام الكلوروفيل الضوئي 2.

المعادلة الكلية التقريبية للمرحلة الضوئية من التمثيل الضوئي:

H2O + NADF + 2ADF + 2F → ½O2 + NADF · ح2 + 2ATP

نقل الإلكترون دوري

ما ورد أعلاه هو ما يسمى مرحلة الضوء غير الدورية لعملية التمثيل الضوئي. لا يزال هناك نقل الإلكترون دوري عندما لا يحدث الانتعاش NADP. في هذه الحالة ، انتقلت الإلكترونات من النظام الضوئي إلى سلسلة الناقل ، حيث يتم تصنيع ATP. أي أن سلسلة نقل الإلكترون هذه تحصل على الإلكترونات من النظام الضوئي الأول ، وليس الثاني. يبدو أن أول نظام ضوئي يطبق دورة: يتم إرجاع الإلكترونات المنبعثة إليها مرة أخرى. في الطريق ، يقضون جزءًا من طاقتهم على تخليق ATP.

الفسفرة الضوئية والفسفرة المؤكسدة

يمكن مقارنة المرحلة الضوئية من عملية التمثيل الضوئي بمرحلة التنفس الخلوي - الفسفرة المؤكسدة ، والتي تحدث على قشور الميتوكوندريا. هناك أيضًا ، يتم تصنيع ATP عن طريق نقل الإلكترونات والبروتونات على طول سلسلة الناقل. ومع ذلك ، في حالة التمثيل الضوئي ، يتم تخزين الطاقة في ATP ليس لاحتياجات الخلية ، ولكن بشكل أساسي لاحتياجات المرحلة المظلمة من التمثيل الضوئي. وإذا ، عند التنفس ، فإن المواد العضوية هي المصدر الرئيسي للطاقة ، ثم أثناء عملية التمثيل الضوئي - أشعة الشمس. يسمى التوليف ATP خلال عملية التمثيل الضوئي فسفتة ضوئيةبدلا من الفسفرة المؤكسدة.

المرحلة المظلمة من التمثيل الضوئي

لأول مرة تم دراسة المرحلة المظلمة من التمثيل الضوئي بالتفصيل من قبل كالفن ، بنسون ، بسام. دورة التفاعلات المفتوحة من قبلهم كانت تسمى فيما بعد دورة كالفين ، أو C3- التمثيل الضوئي. مجموعات معينة من النباتات لديها مسار تعديل التمثيل الضوئي - C4وتسمى أيضا دورة هاتش سلاك.

في التفاعلات المظلمة لعملية التمثيل الضوئي ، يتم إصلاح ثاني أكسيد الكربون.2. تستمر المرحلة المظلمة في سدى البلاستيدات الخضراء.

CO الانتعاش2 يحدث بسبب طاقة ATP وقوة الحد من NADF · H2ولدت في ردود الفعل الخفيفة. بدونها ، لا يحدث تثبيت الكربون. لذلك ، على الرغم من أن المرحلة المظلمة لا تعتمد بشكل مباشر على الضوء ، إلا أنها عادة ما تستمر في الضوء.

دورة كالفين

أول رد فعل للمرحلة المظلمة هو إضافة CO2 (كربوناتالبريد) إلى 1،5-ribulezobifosfaty (ريبولوز-1،5-ثنائي فسفات) – RiBF. هذا الأخير عبارة عن ريبوز فسفوري مزدوج. يتم تحفيز هذا التفاعل بواسطة إنزيم ريبولوز -1،5-ثنائي فسفات كربوكسيلاز ، وتسمى أيضًا Rubisco.

نتيجة للكربوكسيل ، يتم تكوين مركب غير مستقر من ستة الكربون ، والذي يتحلل إلى جزيئين ثلاثة الكربون نتيجة للتحلل المائي. حمض الفوسفوجليكريك (PGA) - أول منتج لعملية التمثيل الضوئي. PGA يسمى أيضا phosphoglycerate.

تحتوي PGA على ثلاث ذرات كربون ، إحداها جزء من مجموعة الكربوكسيل الحمضي (COOH):

تشكل PGC ثلاثة سكر كربون (فوسفات glyceraldehyde) ثلاثي الفوسفات (TF)يتضمن بالفعل مجموعة الألدهيد (CHO):

FGK (3-حمض) → TF (3-سكر)

يتم إنفاق طاقة ATP وقوة الاختزال لـ NADP · H على هذا التفاعل.2. TF هو الكربوهيدرات الأولى لعملية التمثيل الضوئي.

بعد ذلك ، يتم إنفاق معظم الفوسفات الثلاثي على تجديد الريبوزوزيفوسفات (ReBP) ، والذي يستخدم مرة أخرى لربط ثاني أكسيد الكربون2. يتضمن التجديد سلسلة من التفاعلات المرتبطة بـ ATP التي تشمل فوسفات السكر مع 3 إلى 7 ذرات كربون.

في مثل هذه الدورة من RibF وهي دورة كالفين.

من دورة كالفين يأتي الجزء الأصغر من TF المشكلة. من حيث 6 جزيئات ثاني أكسيد الكربون ملزمة ، العائد هو جزيئين ثلاثي الفوسفات. استجابة دورة كاملة مع المدخلات والمخرجات المنتجات:

في الوقت نفسه ، تشارك 6 جزيئات RIB في الارتباط ، ويتم تشكيل 12 جزيء PGA ، والتي تتحول إلى 12 TF ، منها 10 جزيئات تبقى في الدورة ويتم تحويلها إلى 6 جزيئات RIB. نظرًا لأن TF عبارة عن سكر ثلاثي الكربون ، و RibBP عبارة عن خمسة كربون ، فبالنسبة لذرات الكربون لدينا: 10 * 3 = 6 * 5. لا يتغير عدد ذرات الكربون التي توفر الدورة ، يتم تجديد كل RibF الضروري. وتنفق جزيئات ثاني أكسيد الكربون الستة التي دخلت الدورة على تكوين جزيئين ثلاثي الفوسفات يغادران الدورة.

في دورة كالفين لكل 6 جزيئات CO ملزمة2 يتم استهلاك 18 جزيء ATP و 12 جزيء NADP · H2، والتي تم توليفها في ردود الفعل من المرحلة الضوئية من التمثيل الضوئي.

يتم الحساب على جزيئين يتركان دورة ثلاثي الفوسفات ، حيث أن جزيء الجلوكوز الذي تم تشكيله لاحقًا يشتمل على 6 ذرات كربون.

ثلاثي فوسفات (TF) هو المنتج النهائي لدورة كالفين ، ولكن من الصعب أن نسميها المنتج النهائي لعملية التمثيل الضوئي ، لأنه يكاد لا يتراكم ، ويتفاعل مع المواد الأخرى ، إلى الجلوكوز والسكروز والنشا والدهون والأحماض الدهنية والأحماض الأمينية. بالإضافة إلى TF يلعب دورا هاما FGK. ومع ذلك ، تحدث مثل هذه التفاعلات ليس فقط في الكائنات الضوئية. في هذا المعنى ، فإن المرحلة المظلمة لعملية التمثيل الضوئي هي نفس دورة كالفين.

PGCs تنتج ستة سكر الكربون عن طريق الخطوة الحفز الأنزيمي. الفركتوز 6 فوسفاتالذي يتحول إلى جلوكوز. في النباتات ، يمكن أن يتبلمر الجلوكوز في النشا والسليلوز. تخليق الكربوهيدرات يشبه عملية تحلل السكر العكسي.

ما هو المهم للنباتات؟

مثل البشر ، تحتاج النباتات أيضًا إلى العناصر الغذائية للحفاظ على الصحة والنمو وأداء وظائفها الحيوية بشكل جيد. يحصلون على المعادن المذابة في الماء من التربة من خلال الجذور. إذا كانت التربة تفتقر إلى العناصر الغذائية المعدنية ، فلن يتطور النبات بشكل طبيعي. يقوم المزارعون في كثير من الأحيان بفحص التربة للتأكد من أن لديها ما يكفي من المواد الغذائية لزراعة المحاصيل. خلاف ذلك ، اللجوء إلى استخدام الأسمدة التي تحتوي على المعادن الأساسية للتغذية ونمو النبات.

لماذا التمثيل الضوئي مهم جدا؟

شرح التمثيل الضوئي لفترة وجيزة وبشكل واضح للأطفال ، تجدر الإشارة إلى أن هذه العملية هي واحدة من أهم التفاعلات الكيميائية في العالم. ما هي أسباب مثل هذا البيان بصوت عال؟ أولاً ، يغذي التمثيل الضوئي النباتات ، التي بدورها تغذي جميع الكائنات الحية الأخرى على الكوكب ، بما في ذلك الحيوانات والبشر. ثانياً ، نتيجة لعملية التمثيل الضوئي ، يتم إطلاق الأكسجين اللازم للتنفس في الجو. جميع الكائنات الحية تتنفس في الأكسجين وزفير ثاني أكسيد الكربون. لحسن الحظ ، فإن النباتات تفعل العكس ، لذلك فهي مهمة للغاية بالنسبة للبشر والحيوانات ، لأنها تتيح لهم الفرصة للتنفس.

عملية مذهلة

اتضح أن النباتات تعرف أيضًا كيف تتنفس ، ولكنها ، على عكس الأشخاص والحيوانات ، تمتص ثاني أكسيد الكربون بدلاً من الأكسجين من الهواء. النباتات تشرب أيضا. هذا هو السبب في أنك تحتاج إلى سقيهم وإلا فسوف يموتون. بمساعدة نظام الجذر ، يتم نقل الماء والمواد الغذائية إلى جميع أجزاء الجسم النباتي ، ويحدث امتصاص ثاني أكسيد الكربون من خلال الثقوب الصغيرة في الأوراق. الزناد لإحداث تفاعل كيميائي هو ضوء الشمس. يتم استخدام جميع المنتجات الأيضية التي تم الحصول عليها بواسطة النباتات للتغذية ، ويتم إطلاق الأكسجين في الجو. هذه هي الطريقة التي يمكن أن تشرح بإيجاز وواضح كيف تتم عملية التمثيل الضوئي.

التمثيل الضوئي: مراحل الضوء والمظلمة من التمثيل الضوئي

تتكون العملية المعنية من جزأين رئيسيين. هناك مرحلتان من عملية التمثيل الضوئي (الوصف والجدول - فيما يلي). الأولى تسمى مرحلة الضوء. يحدث فقط في وجود الضوء في أغشية الثايلاكويدات بمشاركة الكلوروفيل وبروتينات نقل الإلكترون وسانفيتاز إنزيم ATP. ماذا يخفي التمثيل الضوئي؟ تتناوب المراحل الضوئية والمظلمة لعملية التمثيل الضوئي مع بعضها البعض مع حلول النهار والليل (دورات كالفين). خلال المرحلة المظلمة ، وإنتاج نفس الجلوكوز ، والغذاء للنباتات. وتسمى هذه العملية أيضا رد فعل مستقل عن الضوء.

1. ردود الفعل التي تحدث في البلاستيدات الخضراء ممكنة فقط في وجود الضوء. في هذه التفاعلات ، يتم تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية

2. الكلوروفيل والأصباغ الأخرى تمتص الطاقة من أشعة الشمس. تنتقل هذه الطاقة إلى الأنظمة الضوئية المسؤولة عن التمثيل الضوئي.

3. يستخدم الماء للإلكترونات وأيونات الهيدروجين ، ويشارك أيضًا في إنتاج الأكسجين.

4. تستخدم الإلكترونات وأيونات الهيدروجين لإنشاء جزيء تخزين الطاقة (ATP) ، وهو أمر مطلوب في المرحلة التالية من عملية التمثيل الضوئي.

1. يحدث تفاعل دورة الضوء في سدى البلاستيدات الخضراء.

2. يستخدم ثاني أكسيد الكربون والطاقة من ATP كجلوكوز.

استنتاج

مما سبق ، يمكن استخلاص النتائج التالية:

  • التمثيل الضوئي هو عملية تتيح لك الحصول على الطاقة من الشمس.
  • يتم تحويل طاقة ضوء الشمس إلى طاقة كيميائية بواسطة الكلوروفيل.
  • الكلوروفيل يعطي النباتات لون أخضر.
  • يحدث التمثيل الضوئي في البلاستيدات الخضراء من خلايا أوراق النبات.
  • هناك حاجة إلى ثاني أكسيد الكربون والماء لعملية التمثيل الضوئي.
  • يدخل ثاني أكسيد الكربون إلى النبات من خلال فتحات صغيرة ، هي الثغور ، يتم من خلالها إطلاق الأكسجين.
  • يتم امتصاص الماء في النبات من خلال جذوره.
  • بدون التمثيل الضوئي في العالم لن يكون هناك طعام.

تعريف التمثيل الضوئي

التمثيل الضوئي هو عملية كيميائية تنتج عن طريقها النباتات وبعض البكتيريا والطحالب الجلوكوز والأكسجين من ثاني أكسيد الكربون والماء ، باستخدام الضوء فقط كمصدر للطاقة.

هذه العملية مهمة للغاية للحياة على الأرض ، لأنه بفضلها يتم إطلاق الأكسجين الذي تعتمد عليه الحياة كلها.

لماذا تحتاج النباتات الجلوكوز (الغذاء)؟

مثل البشر والكائنات الحية الأخرى ، تحتاج النباتات أيضًا إلى التغذية للحفاظ على سبل عيشهم. قيمة الجلوكوز للنباتات هي كما يلي:

  • يستخدم الجلوكوز المشتق من عملية التمثيل الضوئي أثناء التنفس لإطلاق الطاقة التي يحتاجها النبات للعمليات الحيوية الأخرى.
  • تقوم الخلايا النباتية أيضًا بتحويل جزء من الجلوكوز إلى النشا ، والذي يتم استخدامه حسب الحاجة. لهذا السبب ، تستخدم النباتات الميتة ككتلة حيوية ، لأنها تخزن الطاقة الكيميائية.
  • هناك حاجة أيضًا إلى الجلوكوز لإنتاج مواد كيميائية أخرى ، مثل البروتينات والدهون والسكريات النباتية ، وهي ضرورية للنمو والعمليات الهامة الأخرى.

الهيكل الخارجي للأوراق

واحدة من أهم ميزات النباتات هي مساحة السطح الكبيرة للأوراق. تحتوي معظم النباتات الخضراء على أوراق واسعة ومسطحة ومفتوحة قادرة على التقاط أكبر قدر ممكن من الطاقة الشمسية (أشعة الشمس) اللازمة لعملية التمثيل الضوئي.

  • الوريد المركزي وصحة

يتم ربط الوريد المركزي والبزل الصغير معًا ويشكلان قاعدة الورقة. يضع ساق الورقة ورقة بحيث يتلقى أكبر قدر ممكن من الضوء.

  • ورقة شفرة

أوراق بسيطة لها لوحة ورقة واحدة ، ومعقدة - قليلة. شفرة ورقة - واحدة من أهم مكونات الورقة ، والتي تشارك مباشرة في عملية التمثيل الضوئي.

تنقل شبكة من الأوردة في الأوراق الماء من السيقان إلى الأوراق. كما يتم إرسال الجلوكوز المخصص إلى أجزاء أخرى من النبات من الأوراق عبر الأوردة. بالإضافة إلى ذلك ، تدعم هذه الأجزاء من الصفيحة لوحة المسطح للحصول على قدر أكبر من أشعة الشمس. يعتمد موقع الأوردة (الأوردة) على نوع النبات.

  • ورقة قاعدة

الجزء السفلي من الورقة هو الجزء السفلي منها ، وهو مفصل مع الساق. في كثير من الأحيان ، في قاعدة ورقة هو زوج من الشروط.

اعتمادًا على نوع النبات ، قد يكون لحافة الورقة شكل مختلف ، بما في ذلك: كامل ، مسنن ، مسنن ، مسنن ، رطانة ، إلخ.

  • ورقة أعلى

مثل حافة الورقة ، يمكن أن يكون الطرف بأشكال مختلفة ، بما في ذلك: حاد ، مدور ، غير حاد ، ممدود ، مرسوم ، إلخ.

الهيكل الداخلي للأوراق

يوجد أدناه رسم تخطيطي للهيكل الداخلي لأنسجة الأوراق:

الإهاب هو الطبقة الواقية الرئيسية على سطح النبات. وكقاعدة عامة ، يكون أكثر سمكًا في أعلى الورقة. وهي مغلفة بشرة بما يشبه الشمع الذي يحمي النبات من الماء.

البشرة هي عبارة عن طبقة من الخلايا التي هي النسيج التكاملي للأوراق. وتتمثل مهمتها الرئيسية في حماية الأنسجة الداخلية للورقة من الجفاف والأضرار الميكانيكية والالتهابات. كما ينظم عملية تبادل الغازات و النتح.

Mesophyll هو الأنسجة النباتية الرئيسية. هنا هي عملية التمثيل الضوئي. في معظم النباتات ، ينقسم الميزوفيل إلى طبقتين: الجزء العلوي عبارة عن حاجز والقاع إسفنجي.

  • خلايا واقية

الخلايا الوقائية هي خلايا متخصصة في البشرة الورقية تستخدم للتحكم في تبادل الغازات. يؤدون وظيفة وقائية للثغور. تصبح المسام الفموية كبيرة عندما يكون الماء متاحًا بحرية ، وإلا فإن الخلايا الواقية تصبح بطيئة.

يعتمد التمثيل الضوئي على تغلغل ثاني أكسيد الكربون (CO2) من الهواء عبر الثغور إلى نسيج الميزوفيل. الأكسجين (O2) ، الذي تم الحصول عليه كمنتج ثانوي لعملية التمثيل الضوئي ، يترك النبات من خلال المعدة. عندما تكون الثغور مفتوحة ، يضيع الماء نتيجة التبخر ويجب إعادة ملئه من خلال تدفق النتح بالماء الذي تمتصه الجذور. تضطر النباتات إلى موازنة كمية ثاني أكسيد الكربون التي تمتصها من الهواء وفقدان الماء من خلال المسام الفموية.

التحقق من قبل خبير

المرحلة (الضوء)

1. أين يحدث

تحدث المرحلة الضوئية من عملية التمثيل الضوئي في ثايلاكويد الجنين.

2. العمليات التي تحدث في هذه المرحلة

بسبب الطاقة الضوئية للأكسدة الكلوروفيل يحدث. يحدث الاسترداد على حساب إلكترونات الماء المستخرجة من الهيدروجين. يتم إنشاء فرق محتمل بين الجانبين الداخلي والخارجي للغشاء الثايلاكويد ، وباستخدام synthetase ATP ، يتم تقليل NADP إلى NADPH2 (شكل النيوكوثاميد أدينين ثنائي النوكليوتيد الفوسفات)

3. نتائج العملية

- التحلل الضوئي للماء (التحلل) الذي يتم فيه إطلاقه

- يتم تحويل طاقة الضوء إلى طاقة الروابط الكيميائية لـ ATP و NADP * H2

المرحلة (الظلام)

1. أين يحدث

تحدث المرحلة المظلمة لعملية التمثيل الضوئي في سدى البلاستيدات الخضراء.

2. العمليات التي تحدث في هذه المرحلة

هناك تثبيت لثاني أكسيد الكربون (ثاني أكسيد الكربون).

في تفاعلات دورة Calvin ، يتم تقليل ثاني أكسيد الكربون بسبب ATP وقدرة الحد من NADP * H2 (شكل الفوسفات النيكوتاميد أدينين ثنائي النوكليوتيد المخفف) المشكلة في المرحلة الضوئية.

مفهوم التمثيل الضوئي ، وأين وما يحدث في المرحلة الضوئية من التمثيل الضوئي

التمثيل الضوئي هو مجموعة من عمليات تكوين الطاقة الضوئية إلى طاقة من الروابط الكيميائية للمواد العضوية بمشاركة الأصباغ التركيبية.

هذا النوع من التغذية هو سمة من النباتات ، بدائيات النوى وبعض أنواع حقيقيات النواة أحادية الخلية.

في التوليف الطبيعي ، يتم تحويل الكربون والماء ، بالتفاعل مع الضوء ، إلى جلوكوز وأكسجين مجاني:

6CO2 + 6H2O + الطاقة الضوئية → C6H12O6 + 6O2

Современная физиология растений под понятием фотосинтеза понимает фотоавтотрофную функцию, которая является совокупностью процессов поглощения, превращения и применения квантов световой энергии в разных несамопроизвольных реакциях, включая преобразование углекислого газа в органику.

Фотосинтез у растений происходит в листьях через хлоропласты - عضيات ذات غشاءين شبه مستقلين ينتميان إلى فئة البلاستيدات. مع الشكل المسطح لألواح الأوراق ، يتم ضمان امتصاص عالي الجودة واستخدام كامل للطاقة الخفيفة وثاني أكسيد الكربون. المياه اللازمة للتوليف الطبيعي تأتي من الجذور من خلال النسيج الموصلة بالماء. يحدث تبادل الغازات من خلال الانتشار عبر المعدة وجزء من خلال بشرة.

تمتلئ البلاستيدات الخضراء مع سدى عديم اللون ويتم ملؤها مع الصفيحات ، والتي عندما تقترن مع كل شكل آخر thylakoids. في نفوسهم يحدث التمثيل الضوئي. البكتيريا الزرقاء هي بلاستيدات خضراء ، وبالتالي لا يتم فصل جهاز التخليق الطبيعي فيها إلى عضوي منفصل.

عائدات التمثيل الضوئي بمشاركة الأصباغتوجد الكلوروفيل عادة. تحتوي بعض الكائنات الحية على صبغة أخرى - كاروتينويد أو فيكوبيلين. تحتوي بدائيات النوى على صبغة بكتيرية كلورية ، وهذه الكائنات لا تنبعث منها الأكسجين في نهاية التخليق الطبيعي.

تمر عملية التمثيل الضوئي على مرحلتين - الضوء والظلام. يتميز كل منها بتفاعلات محددة ومواد تفاعلية. دعونا نفكر بمزيد من التفصيل في عملية مراحل التمثيل الضوئي.

المرحلة الأولى من التمثيل الضوئي تتميز بتكوين منتجات عالية الطاقة ، وهي ATP ، مصدر الطاقة الخلوية ، و NADP ، وهو عامل مختزل. في نهاية المرحلة ، يتم إنتاج الأكسجين كمنتج ثانوي. مرحلة الضوء تحدث بالضرورة مع ضوء الشمس.

تتم عملية التمثيل الضوئي في أغشية ثايلاكويد بمشاركة بروتينات نقل الإلكترون ، سينسيز ATP ، والكلوروفيل (أو صبغة أخرى).

يتشكل عمل السلاسل الكهروكيميائية ، التي يحدث من خلالها نقل الإلكترونات وجزءًا من بروتونات الهيدروجين ، في مجمعات معقدة تتكون من أصباغ وأنزيمات.

وصف عملية مرحلة الضوء:

  1. عندما يضرب ضوء الشمس لوحات أوراق الكائنات الحية النباتية ، فإن إلكترونات الكلوروفيل متحمسة في بنية الصفيحة ،
  2. في الحالة النشطة ، تخرج الجسيمات من جزيء الصباغ وتسقط على الجانب الخارجي من الثايلاكويد ، وهو شحنة سالبة. يحدث هذا في وقت واحد مع الأكسدة والتخفيض اللاحق لجزيئات الكلوروفيل ، والتي تأخذ الإلكترونات التالية من الماء الذي دخل الأوراق.
  3. ثم هناك تحلل ضوئي للماء بتكوين أيونات ، تتبرع بالإلكترونات وتتحول إلى جذور OH ، قادرة على المشاركة في التفاعلات والمزيد ،
  4. ثم تتجمع هذه الجذور لتشكل جزيئات الماء والأكسجين الحر الذي يذهب إلى الغلاف الجوي ،
  5. يكتسب غشاء الثايلاكويد ، من ناحية ، شحنة موجبة بسبب أيون الهيدروجين ، ومن ناحية أخرى ، شحنة سالبة بسبب الإلكترونات ،
  6. بفارق 200 mV بين جانبي الغشاء ، تمر البروتونات عبر إنزيم ATP synthetase ، مما يؤدي إلى تحويل ADP إلى ATP (عملية الفسفرة) ،
  7. مع إطلاق الهيدروجين الذري من الماء ، يتم تقليل NADP + إلى NADPH2 ،

بينما يتم إطلاق الأكسجين الحر في عملية التفاعل في الغلاف الجوي ، يشارك ATP و NADPH2 في الطور المظلم للتوليف الطبيعي.

عنصر إلزامي لهذه المرحلة هو ثاني أكسيد الكربون.التي تمتصها النباتات باستمرار من البيئة الخارجية من خلال الثغور في الأوراق. تتم عمليات المرحلة المظلمة في سدى البلاستيدات الخضراء. نظرًا لأنه في هذه المرحلة ، لا يلزم توفير الكثير من الطاقة الشمسية وسيتم الحصول على ATP و NADPH2 بشكلٍ كافٍ خلال المرحلة الضوئية ، ويمكن أن تستمر التفاعلات في الكائنات الحية خلال النهار والليل. تحدث العمليات في هذه المرحلة بشكل أسرع من المرحلة السابقة.

يتم تمثيل مجمل جميع العمليات التي تحدث في المرحلة المظلمة كنوع من سلسلة من التحولات المتعاقبة لثاني أكسيد الكربون من البيئة الخارجية:

  1. أول رد فعل في هذه السلسلة هو تثبيت ثاني أكسيد الكربون. يساهم وجود إنزيم RibBP-carboxylase في المسار السريع والسلس للتفاعل ، والذي ينتج عنه تكوين مركب مكون من ستة كربون ، ينقسم إلى جزيئين من حامض الفسفوغليريك ،
  2. ثم تحدث دورة معقدة إلى حد ما ، بما في ذلك عدد معين من التفاعلات ، عند الانتهاء من تحويل حمض الفوسفوجليكريك إلى سكر طبيعي ، جلوكوز. وتسمى هذه العملية دورة كالفين ،

بالإضافة إلى السكر ، يحدث أيضًا تكوين الأحماض الدهنية والأحماض الأمينية والجلسرين والنيكليوتيدات.

جوهر التمثيل الضوئي

من جدول المقارنات بين المرحلتين الخفيفة والمظلمة من التخليق الطبيعي ، من الممكن أن تصف باختصار جوهر كل منها. تحدث المرحلة الضوئية في حبيبات الكلور مع الإدماج الإجباري للطاقة الضوئية في التفاعلات. تشتمل التفاعلات على مكونات مثل البروتينات التي تنقل الإلكترون ، سينثيتاز ATP ، والكلوروفيل ، والتي ، عند التفاعل مع الماء ، تشكل أكسجين مجاني ، ATP ، و NADPH2. بالنسبة إلى المرحلة المظلمة التي تحدث في سدى البلاستيدات الخضراء ، فإن ضوء الشمس ليس ضروريًا. ينتج ATP و NADPH2 في المرحلة الأخيرة ، عند التفاعل مع ثاني أكسيد الكربون ، السكر الطبيعي (الجلوكوز).

كما يتبين من أعلاه ، يبدو أن التمثيل الضوئي ظاهرة معقدة ومتعددة الخطوات إلى حد ما ، بما في ذلك العديد من ردود الفعل التي تنطوي على مواد مختلفة. نتيجة للتوليف الطبيعي ، يتم الحصول على الأكسجين ، وهو ضروري لتنفس الكائنات الحية وحمايتها من الأشعة فوق البنفسجية من خلال تكوين طبقة الأوزون.

صور التنفس

تنفس ضوئي الإحداث:
1 - البلاستيدات الخضراء ، البيروكسيسوم ، 3 - الميتوكوندريا.

هذا امتصاص يعتمد على الضوء من الأكسجين وثاني أكسيد الكربون. في بداية القرن الماضي ، وجد أن الأكسجين يقمع التمثيل الضوئي. كما اتضح فيما يتعلق بـ RibB-carboxylase ، يمكن أن تكون الركيزة ليس فقط ثاني أكسيد الكربون ، ولكن أيضًا الأكسجين:

يا2 + RibP → فسفوغليكولات (2C) + PGA (3C).

يسمى الانزيم ribf - oxygenase. الأكسجين هو المانع تنافسية تثبيت ثاني أكسيد الكربون. يتم قطع مجموعة الفوسفات ، ويصبح الفسفوغليكولات جليكولات ، والتي يجب على النبات التخلص منها. يدخل بيروكسيسومات ، حيث يتأكسد إلى الجليكاين. يدخل جليكاين الميتوكوندريا ، حيث يتأكسد إلى سيرين ، مع فقدان الكربون الثابت بالفعل في شكل أول أكسيد الكربون.2. نتيجة لذلك ، يتم تحويل جزيئين من جليكولات (2C + 2C) إلى PGA واحد (3C) و CO2. Photorespiration يؤدي إلى انخفاض في العائد C3النباتات بنسبة 30-40 ٪ (C3-rasteniya - النباتات التي تتميز C3- التمثيل الضوئي).

C4 التمثيل الضوئي

C4- التمثيل الضوئي - التمثيل الضوئي ، حيث المنتج الأول هو أربعة الكربون (C4اتصالات. في عام 1965 ، وجد أنه في بعض النباتات (قصب السكر والذرة والذرة الرفيعة والدخن) ، أول منتجات التمثيل الضوئي هي أحماض الكربون الأربعة. وتسمى هذه النباتات C4-rasteniyami. في عام 1966 ، أظهر العلماء الأستراليون هاتش وسلاك ذلك4- لا تملك النباتات عمليًا عملية التنفس الضوئي وتمتص ثاني أكسيد الكربون بشكل أكثر فعالية. طريق الكربون إلى C4بدأت النباتات التي يطلق عليها بواسطة هاتش سلاك.

ل C4- نباتات تتميز ببنية تشريحية خاصة للأوراق. جميع الحزم الموصلة محاطة بطبقة مزدوجة من الخلايا: الخلايا الميسوفيل الخارجية والداخلية - الخلايا المبطنة. هو ثابت ثاني أكسيد الكربون في السيتوبلازم من خلايا ميسوفيل ، متقبل هو الفسفوإينول (PEP ، 3C) ، نتيجة للكربوكسيل PEP ، يتم تشكيل oxaloacetate (4C). يتم تحفيز العملية PEP كربوكسيلاز. على عكس RibB-carboxylase ، فإن FEP-carboxylase لديه تقارب كبير مع CO.2 والأهم من ذلك ، لا يتفاعل مع O2. في البلاستيدات الخضراء المتوسطة الحجم توجد العديد من الجرانيت ، حيث تكون تفاعلات طور الضوء نشطة. في البلاستيدات الخضراء لألواح الخلايا ، تحدث تفاعلات الطور المظلم.

يتم تحويل Oxaloacetate (4C) إلى مالات ، والتي يتم نقلها من خلال البلازموديما إلى خلايا البطانة. هنا يتم نزع الكربوهيدرات والمجففة لتشكيل البيروفات ، CO2 و NADP · N2.

يعود بيروفيت إلى خلايا الميزوفيل ويتجدد على حساب طاقة ATP في PEP. CO2 مرة أخرى ثابتة RibB-carboxylase مع تشكيل PGA. يتطلب تجديد FEP طاقة ATP ، لذلك تحتاج إلى ما يقرب من ضعف الطاقة كما هو الحال مع C3- التمثيل الضوئي.

مبنى C4-rasteny:
1 - الطبقة الخارجية - خلايا mesophyll ، 2 - الخلايا التي تواجه الطبقة الداخلية ، 3 - تشريح Kranz ، 4 ، 5 - البلاستيدات الخضراء ، 4 - العديد من الجوانب ، النشا الصغير ، 5 - جوانب قليلة ، والكثير من النشا.

C4- التمثيل الضوئي:
1 هي خلية mesophyll ، 2 هي خلية من بطانة الشعاع الموصلة.

الشروط المطلوبة لعملية التمثيل الضوئي

في ما يلي الشروط اللازمة للنباتات لإجراء عملية التمثيل الضوئي:

  • ثاني أكسيد الكربون. غاز طبيعي عديم اللون عديم الرائحة يوجد في الهواء وله ثاني أكسيد الكربون. يتشكل أثناء احتراق الكربون والمركبات العضوية ، ويحدث أيضًا في عملية التنفس.
  • ماء. مادة كيميائية سائلة شفافة عديمة الرائحة وطعم (في ظل الظروف العادية).
  • ضوء. على الرغم من أن الضوء الاصطناعي مناسب أيضًا للنباتات ، إلا أن ضوء الشمس الطبيعي ، كقاعدة عامة ، يخلق أفضل الظروف للتمثيل الضوئي ، لأنه يحتوي على الأشعة فوق البنفسجية الطبيعية ، والتي لها تأثير إيجابي على النباتات.
  • الكلوروفيل. إنه صبغة خضراء موجودة في أوراق النباتات.
  • المواد الغذائية والمعادن. المواد الكيميائية والمركبات العضوية التي تمتصها جذور النباتات من التربة.

ما هي نتيجة التمثيل الضوئي؟

  • الجلوكوز،
  • الأكسجين.

(تظهر الطاقة الضوئية بين قوسين لأنها ليست مادة.)

ملاحظة: تحصل النباتات على ثاني أكسيد الكربون من الهواء من خلال أوراقها ، والمياه من التربة من خلال الجذور. الطاقة الضوئية تنبعث من الشمس. يتم إطلاق الأكسجين الناتج في الهواء من الأوراق. يمكن تحويل الجلوكوز الناتج إلى مواد أخرى ، مثل النشا ، والذي يستخدم كاحتياطي للطاقة.

إذا كانت العوامل التي تسهم في عملية التمثيل الضوئي غائبة أو موجودة بكميات غير كافية ، فقد يؤثر ذلك سلبًا على النبات. على سبيل المثال ، تخلق كمية صغيرة من الضوء ظروفًا مواتية للحشرات التي تأكل أوراق النبات ، ويتباطأ نقص المياه.

أين يحدث التمثيل الضوئي؟

يحدث التمثيل الضوئي داخل الخلايا النباتية ، في بلاستيدات صغيرة تسمى البلاستيدات الخضراء. تحتوي البلاستيدات الخضراء (الموجودة بشكل أساسي في طبقة الميزوفيل) على مادة خضراء تسمى الكلوروفيل. فيما يلي أجزاء أخرى من الخلية التي تعمل مع البلاستيدات الخضراء لعملية التمثيل الضوئي.

وظائف أجزاء الخلية النباتية

  • جدار الخلية: يوفر الدعم الهيكلي والميكانيكي ، ويحمي الخلايا من مسببات الأمراض ، ويحدد ويحدد شكل الخلية ، ويتحكم في سرعة واتجاه النمو ، وكذلك يعطي الشكل للنباتات.
  • السيتوبلازم: يوفر منصة لمعظم العمليات الكيميائية التي تسيطر عليها الانزيمات.
  • غشاء: يعمل كحاجز ، والتحكم في حركة المواد داخل وخارج الخلية.
  • البلاستيدات الخضراء: كما هو موضح أعلاه ، تحتوي على مادة الكلوروفيل ، وهي مادة خضراء تمتص الطاقة الضوئية أثناء عملية التمثيل الضوئي.
  • فجوة: تجويف داخل السيتوبلازم الخلية التي تتراكم المياه.
  • نواة الخلية: يحتوي على علامة تجارية وراثية (DNA) تتحكم في نشاط الخلية.

الكلوروفيل يمتص الطاقة الضوئية اللازمة لعملية التمثيل الضوئي. من المهم الإشارة إلى أنه لا يتم امتصاص كل أطوال موجات الضوء. تمتص النباتات بشكل أساسي الموجات الحمراء والزرقاء - لا تمتص الضوء في النطاق الأخضر.

ثاني أكسيد الكربون في عملية التمثيل الضوئي

تحصل النباتات على ثاني أكسيد الكربون من الهواء عبر أوراقها. ثاني أكسيد الكربون يتسرب من خلال ثقب صغير في أسفل الورقة - الثغرة.

يحتوي الجزء السفلي من الورقة على مسافات متباعدة بحرية بحيث يصل ثاني أكسيد الكربون إلى خلايا أخرى في الأوراق. كما يسمح الأكسجين المتولد أثناء عملية التمثيل الضوئي بمغادرة الورقة بسهولة.

يوجد ثاني أكسيد الكربون في الهواء الذي نتنفسه بتركيزات منخفضة للغاية ويعمل كعامل ضروري في المرحلة المظلمة لعملية التمثيل الضوئي.

الضوء في عملية التمثيل الضوئي

عادة ما يكون للورقة مساحة كبيرة ، بحيث يمكنها امتصاص الكثير من الضوء. سطحه العلوي محمي من فقد الماء والمرض وتأثيرات طبقة شمع الطقس (بشرة). الجزء العلوي من الورقة هو حيث يسقط الضوء. وتسمى هذه الطبقة من mesophyll السور. يتم تكييفه لامتصاص كميات كبيرة من الضوء ، لأنه يحتوي على الكثير من البلاستيدات الخضراء.

في مراحل الضوء ، تزداد عملية التمثيل الضوئي مع وجود الكثير من الضوء. يتم توليد المزيد من جزيئات الكلوروفيل والمزيد من ATP و NADPH إذا تم تركيز الفوتونات الضوئية على ورقة خضراء. على الرغم من أن الضوء مهم للغاية في المراحل الضوئية ، تجدر الإشارة إلى أن الكمية المفرطة منه يمكن أن تلحق الضرر بالكلوروفيل وتقلل من عملية التمثيل الضوئي.

لا تعتمد مراحل الضوء بدرجة كبيرة على درجة الحرارة أو الماء أو ثاني أكسيد الكربون ، على الرغم من أنها كلها ضرورية لاستكمال عملية التمثيل الضوئي.

الماء في عملية التمثيل الضوئي

تحصل النباتات على الماء الذي تحتاجه لعملية التمثيل الضوئي من خلال جذورها. لديهم شعر الجذر الذي ينمو في التربة. تتميز الجذور بمساحة سطح كبيرة وجدران رقيقة ، مما يسمح للمياه بالمرور بسهولة من خلالها.

تُظهر الصورة النباتات وخلاياها ذات كمية كافية من الماء (يسار) ونقص المياه (يمين).

ملاحظة: لا تحتوي الخلايا الجذرية على البلاستيدات الخضراء ، لأنها عادة ما تكون في الظلام ولا يمكنها التمثيل الضوئي.

إذا كان النبات لا يمتص كمية كافية من الماء ، فإنه يتلاشى. بدون ماء ، لن يكون المصنع قادرًا على التمثيل الضوئي بسرعة كافية ، وربما يموت.

ماذا يعني الماء للنباتات؟

  • يوفر المعادن المذابة التي تدعم صحة النبات ،
  • إنها وسيلة لنقل الموارد المعدنية ،
  • يحافظ على الاستقرار والاستقامة
  • يبرد ويشبع الرطوبة
  • يجعل من الممكن إجراء تفاعلات كيميائية مختلفة في الخلايا النباتية.

قيمة التمثيل الضوئي في الطبيعة

تستخدم العملية الكيميائية الحيوية لعملية التمثيل الضوئي طاقة ضوء الشمس لتحويل الماء وثاني أكسيد الكربون إلى أكسجين والجلوكوز. يستخدم الجلوكوز كبنات بناء في النباتات لنمو الأنسجة. وبالتالي ، فإن التمثيل الضوئي هو الطريقة التي تتشكل بها الجذور والسيقان والأوراق والزهور والفواكه. بدون عملية التمثيل الضوئي ، لن تكون النباتات قادرة على النمو أو التكاثر.

نظرًا لقدرتها على التمثيل الضوئي ، تُعرف النباتات باسم المنتجين وتعمل كأساس لكل سلسلة غذائية تقريبًا على الأرض. (الطحالب هي ما يعادل النباتات في النظم الإيكولوجية المائية). كل الطعام الذي نأكله يأتي من الكائنات الحية التي هي ضوئي. نحن نأكل هذه النباتات مباشرة أو نأكل الحيوانات مثل الأبقار أو الخنازير التي تستهلك الأطعمة النباتية.

  • أساس السلسلة الغذائية

داخل النظم المائية ، تشكل النباتات والطحالب أيضًا أساس السلسلة الغذائية. تعمل الطحالب كغذاء لللافقاريات ، والتي بدورها مصدر الغذاء للكائنات الكبيرة. بدون التمثيل الضوئي في البيئة المائية ، فإن الحياة ستكون مستحيلة.

  • إزالة ثاني أكسيد الكربون

التمثيل الضوئي يحول ثاني أكسيد الكربون إلى أكسجين. أثناء عملية التمثيل الضوئي ، يدخل ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي إلى المصنع ، ثم يتم إطلاقه كأكسجين. في عالم اليوم ، حيث تنمو مستويات ثاني أكسيد الكربون بوتيرة مروعة ، فإن أي عملية تزيل ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي تعد مهمة من الناحية البيئية.

  • ركوب المغذيات

تلعب النباتات والكائنات العضوية الأخرى دورًا حيويًا في ركوب المغذيات. يتم تثبيت النيتروجين في الهواء في الأنسجة النباتية ويصبح متاحًا لإنتاج البروتينات. يمكن أيضًا دمج العناصر النزرة في التربة في الأنسجة النباتية وتصبح متاحة للحيوانات العاشبة ، على امتداد السلسلة الغذائية.

  • الاعتماد الضوئي

يعتمد التمثيل الضوئي على شدة الضوء وجودته. في خط الاستواء ، حيث تكون أشعة الشمس وفيرة على مدار السنة ، والماء ليس عاملاً محددًا ، فإن النباتات لديها معدلات نمو عالية ويمكن أن تصبح كبيرة جدًا. وعلى العكس من ذلك ، فإن التمثيل الضوئي في الأجزاء الأعمق من المحيط أقل شيوعًا ، لأن الضوء لا يخترق هذه الطبقات ، ونتيجة لذلك ، يصبح هذا النظام البيئي أكثر جرداء.

شاهد الفيديو: ماذا يحدث لو انطفأت الشمس ليوم واحد فقط (قد 2021).

Загрузка...

Pin
Send
Share
Send
Send