عرض/طي شرح المصطلحات
(Cellulose) السليلوز: المادة البنيوية الموجودة في جدار الخلية في معظم النباتات. يستخدم السليلوز لصناعة العديد من المنتوجات ، بما في ذلك الورق والقماش
(electron transport chain) سلسلة نقل الإلكترون: عملية خلوية تستخدم الإلكترونات لتوليد الطاقة الكيميائية
(Ion) الأيون: ذرة أو جزيء لا يحتوي على عدد من الإلكترونات مماثل لعدد البروتونات. هذا يعطي الذرة أو الجزيء شحنة سالبة أو موجبة
(Light-dependent reaction) التفاعل المعتمد على الضوء: الجزء الأول من عملية التمثيل الضوئي حيث يتم التقاط الطاقة الضوئية (الشمس) وتخزينها بواسطة النبات
(Molecule) الجزيء: بنية كيميائية تحتوي على ذرتين أو أكثر تربط بينها رابطة كيميائية. الماء هو جزيء مكون من ذرتين هيدروجين و ذرة أكسجين واحدة
(Protein) البروتين: جزيئات موجودة في خلايا الكائنات الحية ، تتكون من وحدات بنائية خاصة تسمى الأحماض الأمينية
(Starch) النشا: تنتج النشا جميع النباتات الخضراء ويستخدم لتخزين الطاقة للاستخدام في وقت لاحق
(Thylakoid) الثايلاكويدات: مكون من أجزاء الخلية النباتية قرصي الشكل حيث تحدث التفاعلات المعتمدة على الضوء
ATP: .(adenosine triphosphate) أدينوزين ثلاثي الفوسفات يعتبر جزيء حامل للطاقة لجميع الخلايا
يدخل بنمط طاقي ويخرج بنمط طاقي آخر
تحدث التفاعلات التي تعتمد على الضوء في غشاء الثايلاكويد المتموضعة داخل البلاستيدات الخضراء. بما أنها تفاعلات تعتمد على الضوء، يمكنك تخمين أن هذه التفاعلات تحتاج إلى ضوء للعمل. تذكر أن الغرض من هذا الجزء الأول من عملية التمثيل الضوئي هو تحويل طاقة ضوء الشمس إلى أشكال أخرى للطاقة؟
تتطلب التفاعلات المعتمدة على الضوء ضمن عملية التمثيل الضوئي إلى ضوء الشمس. مصدر الصورة Mell27.
لا يمكن للنباتات استخدام الطاقة الضوئية مباشرةً لصنع السكريات. وبدلاً من ذلك ، يغير النبات طاقة الضوء إلى شكل يمكن استخدامه: الطاقة الكيميائية. الطاقة الكيميائية موجودة في كل مكان حولنا. على سبيل المثال ، تحتاج السيارات إلى الطاقة الكيميائية من البنزين لتعمل. يتم تخزين الطاقة الكيميائية التي تستخدمها النباتات على شكل ATP و NADPH. ATP و NADPH هما نوعان من الجزيئات الحاملة للطاقة. هذان الجزيئان ليسا فقط في النباتات، حيث تستخدمهما الحيوانات أيضاً.
وصفة للطاقة
تحتاج النباتات للمياه لصناعة جزيء NADPH. يتم تفكيك جزيئات المياه لتحرير الإلكترونات (جسيمات تحت ذرية مشحونة سلبًا). عندما يتفكك جزيء الماء ، فإنه يحرر أيضًا الأكسجين، وهو غاز نتنفسه جميعًا.
يجب أن تنتقل الإلكترونات عبر بروتينات متخصصة ملتصقة بغشاء الثايلاكويد. ينتقلون من خلال البروتين المتخصص الأول (البروتين الضوئي الثاني) وأسفل سلسلة نقل الإلكترون. ثم يمرون من خلال بروتين متخصص آخر (البروتين الضوئي الأول).
منظومة التمثيل الضوئي I و II
انتظر ثانية ... أولاً الإلكترونات تمر عبر منظومة التمثيل الضوئي الثانية وثانيًا تمر خلال الأولى؟ هذا يبدو مربكا حقاً. لماذا يسمون أنظمة التمثيل الضوئي بهذه الطريقة؟
يتم تفكيك جزيئات الماء لتحرير الإلكترونات. بعد ذلك تتحرك هذه الإلكترونات إلى أسفل بالتدريج مخزنة الطاقة على شكل جزيء ATP خلال هذه العملية. مصدر الصورة Jina Lee.
لا يتوافق منظومتا التمثيل الضوئي الأولى والثانية مع مسار الإلكترونات الذي يمر عبر سلسلة النقل لأنه لم يتم اكتشافه بهذا الترتيب.
منظومة التمثيل الضوئي الأولى قد تم اكتشافها أولاً. في وقت لاحق، تم اكتشاف المنظومة الثانية التي وجد أنها المنظومة السابقة في سلسلة نقل الإلكترون. ولكن ذلك كان بعد فوات الأوان فقد بقي الاسم. تنتقل الإلكترونات أولاً عبر منظومة التمثيل الضوئي الثانية ثم المنظومة الأولى.
سلسلة نقل الإلكترون
يتم خلال منظومتي التمثيل الضوئي الثانية والأولى تجميع الإلكترونات للطاقة من ضوء الشمس. كيف يتم ذلك؟ يعمل الكلوروفيل الموجود في منظومتي التمثيل الضوئي على امتصاص الطاقة الضوئية. ثم يتم استخدام الإلكترونات المُنشَطة لتكوين جزيء NADPH.
سلسلة نقل الإلكترون هي سلسلة من الجزيئات التي تتقبل أو تمنح الإلكترونات بسهولة. من خلال الانتقال خطوة بخطوة خلال هذه العملية، يتم نقل الإلكترونات في اتجاه محدد عبر الغشاء. تقترن حركة أيونات الهيدروجين بهذه العملية. وهذا يعني أنه عندما يتم نقل الإلكترونات فإن أيونات الهيدروجين تنتقل أيضًا.
يتم إنشاء جزيء ATP عندما يتم ضخ أيونات الهيدروجين في الفراغ الداخلي (التجويف) للثيلاكويد. أيونات الهيدروجين لها شحنة موجبة. وكما هو الحال في المغنطيسات ، تتنافر الشحنات المتماثلة، لذلك تريد أيونات الهيدروجين الابتعاد عن بعضها البعض. يفرون من الثيلاكويد من خلال بروتين غشائي يسمى إنزيم تمثيل ATP (ATP synthase). يتم منح الطاقة للبروتين خلال انتقال أيونات الهيدروجين عبره كحركة المياه من خلال سد. عندما تتحرك أيونات الهيدروجين من خلال البروتين ألى أسفل سلسلة نقل الإلكترون يتم إنشاء جزيء ATP. بهذا الشكل تقوم النباتات بتحويل ضوء الشمس إلى طاقة كيميائية يمكن استخدامها.
دورة كالفين: بناء الحياة من كمية صغيرة من الهواء
كيف يصبح شيء ما مثل الهواء خشب لشجرة؟ الجواب يكمن في مكونات الهواء.
كيف يمكن أن يتحول الهواء المحيط بالشجرة إلى مُكون من مكونات الأشجار؟ من خلال مجموعة معقدة من التفاعلات التي تستخدم الكربون من الهواء لتصنيع مواد أخرى. مصدر الصورة André Karwath.
يحمل الهواء عناصر مختلفة مثل الأكسجين والكربون والنيتروجين. هذه العناصر تشكل جزيئات مثل ثاني أكسيد الكربون (CO2). يتكون ثاني أكسيد الكربون من ذرة كربون واحدة و ذرتي أكسجين. تأخذ النباتات ذرة الكربون من ثاني أكسيد الكربون وتستخدمها لبناء السكريات.
يتم ذلك باستخدام دورة كالفين. تحدث دورة كالفين داخل البلاستيدات الخضراء، ولكن خارج الثايلاكويدات (حيث تم تشكيل جزيء ATP). يتم استخدام ATP و NADPH الناتجة عن التفاعلات المعتمدة على الضوء في دورة كالفين.
تسمى في بعض الأحيان أجزاء من دورة كالفين بالتفاعلات الغير مُعتمدة على الضوء. لكن لا تدع هذه التسمية تخدعك ... هذه التفاعلات تتطلب أشعة الشمس لتعمل.
يساعد البروتين RuBisCO أيضاً في عملية تحويل الكربون من الهواء إلى سكريات. بروتين RuBisCO يعمل ببطء، لذلك تحتاج النباتات إلى كميات كبيرة منه. يعتبر بروتين RuBisCO في الواقع البروتين الأكثر وفرة في العالم!
يتم استخدام منتجات دورة كالفين لتصنيع السكر البسيط المسمى جلوكوز. يستخدم الجلوكوز لبناء السكريات أكثر تعقيداً مثل النشا والسليلوز. يخزن النشاء الطاقة للنبات والسليلوز هو المادة التي تصنع منها النباتات.
مصدر الصور Wikimedia Commons. مصدر صورة الشتلة Bff.
قراءة المزيد عن: ضوء الشمس كوجبة خفيفة
تحتاج النباتات للطاقة الكيمائية للنمو والبقاء على قيد الحياة. ولكن كيف يمكن تحويل طاقة ضوء الشمس إلى طاقة كيميائية؟
Be Part of
Ask A Biologist
By volunteering, or simply sending us feedback on the site. Scientists, teachers, writers, illustrators, and translators are all important to the program. If you are interested in helping with the website we have a Volunteers page to get the process started.
