ما الوحده البنائيه للماده التي تخزنها البلاستيدات الخضراء بعد القيام بعمليه البناء الضوئي، تحدث التفاعلات المعتمدة على الضوء في غشاء الثايلاكويد الموجود داخل البلاستيدات الخضراء. نظرًا لأنها ردود فعل تعتمد على الضوء، يمكنك تخمين أن هذه التفاعلات تحتاج إلى ضوء لتعمل. تذكر أن الغرض من هذا الجزء الأول من عملية التمثيل الضوئي هو تحويل طاقة ضوء الشمس إلى أشكال أخرى من الطاقة؟
تتطلب التفاعلات المعتمدة على الضوء في عملية التمثيل الضوئي ضوء الشمس. مصدر الصورة Mell27.
لا يمكن للنباتات استخدام الطاقة الضوئية بشكل مباشر لصنع السكريات. وبدلاً من ذلك، يغير المصنع طاقة الضوء إلى شكل يمكنه استخدامه الطاقة الكيميائية. الطاقة الكيميائية في كل مكان حولنا. على سبيل المثال، تحتاج السيارات إلى الطاقة الكيميائية من البنزين لتعمل. يتم تخزين الطاقة الكيميائية التي تستخدمها النباتات في شكل ATP و NADPH. ATP و NADPH هما نوعان من الجزيئات الحاملة للطاقة. هذان الجزيئان ليسا فقط في النباتات، تستخدمهما الحيوانات أيضًا.
وصف الطاقة
تحتاج النباتات إلى الماء لصنع NADPH. يتم تكسير جزيئات الماء لتحرير الإلكترونات (الجسيمات دون الذرية سالبة الشحنة). عندما يتفكك جزيء الماء، فإنه أيضًا يحرر الأكسجين، وهو غاز نتنفسه جميعًا.
يجب أن تنتقل الإلكترونات عبر بروتينات متخصصة متصلة بغشاء الثايلاكويد. يسافرون عبر أول بروتين متخصص (ثاني بروتين ضوئي) وأسفل سلسلة نقل الإلكترون. ثم يمرون عبر بروتين متخصص آخر (بروتين ضوئي 1).
نظام التمثيل الضوئي الأول والثاني
انتظر ثانية … أولاً تمر الإلكترونات عبر نظام التمثيل الضوئي الثاني وثانياً تمر عبر النظام الأول؟ هذا يبدو محيرا حقا. لماذا يطلق عليهم أنظمة التمثيل الضوئي بهذه الطريقة؟
تنقسم جزيئات الماء لتحرير الإلكترونات. ثم تتحرك هذه الإلكترونات تدريجيًا إلى الأسفل وتخزن الطاقة على شكل ATP أثناء هذه العملية. مصدر الصورة Jina Lee.
لا يتوافق نظام التمثيل الضوئي الأول والثاني مع مسار الإلكترون عبر سلسلة النقل لأنه لم يتم اكتشافه بهذا الترتيب.
تم اكتشاف أول نظام التمثيل الضوئي أولاً. في وقت لاحق، تم اكتشاف النظام الثاني الذي وجد أنه النظام السابق في سلسلة نقل الإلكترون. لكن ذلك كان قد فات الأوان حيث بقي الاسم. تنتقل الإلكترونات أولاً عبر نظام التمثيل الضوئي الثاني، ثم النظام الأول.
سلسلة نقل الإلكترون
خلال نظامي التمثيل الضوئي الثاني والأول، يتم جمع الإلكترونات للحصول على الطاقة من ضوء الشمس. كيف يتم ذلك؟ يمتص الكلوروفيل في كلا نظامي التمثيل الضوئي الطاقة الضوئية. ثم تُستخدم الإلكترونات المنشطة لتكوين جزيء NADPH.
سلسلة نقل الإلكترون هي سلسلة من الجزيئات التي تقبل الإلكترونات أو تتخلص منها بسهولة. من خلال الانتقال خطوة بخطوة خلال هذه العملية، يتم نقل الإلكترونات في اتجاه معين عبر الغشاء. ترتبط حركة أيونات الهيدروجين بهذه العملية. وهذا يعني أنه عندما يتم نقل الإلكترونات، يتم أيضًا نقل أيونات الهيدروجين.
يتم إنشاء جزيء ATP عندما يتم ضخ أيونات الهيدروجين في الفضاء الداخلي (لومن) من الثايلاكويد. أيونات الهيدروجين لها شحنة موجبة. كما هو الحال مع المغناطيس، تتنافر الشحنات المتماثلة بعضها مع بعض، لذلك تريد أيونات الهيدروجين الابتعاد عن بعضها البعض. يهربون من الثايلاكويد من خلال بروتين غشائي يسمى سينسيز ATP. تُعطى الطاقة للبروتين عن طريق نقل أيونات الهيدروجين عبره بينما يتحرك الماء عبر السد. عندما تتحرك أيونات الهيدروجين عبر البروتين أسفل سلسلة نقل الإلكترون، يتم إنشاء جزيء ATP. بهذه الطريقة، تحول النباتات ضوء الشمس إلى طاقة كيميائية قابلة للاستخدام.
دورة كالفن بناء الحياة من كمية صغيرة من الهواء
كيف يصبح شيء مثل الهواء خشبًا لشجرة؟ الجواب يكمن في مكونات الهواء.
كيف يمكن للهواء حول الشجرة أن يتحول إلى مكون 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. تشكل هذه العناصر جزيئات مثل ثاني أكسيد الكربون (CO2). يتكون ثاني أكسيد الكربون من ذرة كربون واحدة وذرتين من الأكسجين. تأخذ النباتات ذرة من الكربون من ثاني أكسيد الكربون وتستخدمه لبناء السكريات.
يتم ذلك باستخدام دورة كالفين. تحدث دورة كالفين داخل البلاستيدات الخضراء، ولكن خارج الثايلاكويدات (حيث تم تكوين جزيء ATP). يتم استخدام ATP و NADPH الناتج عن التفاعلات المعتمدة على الضوء في دورة كالفين.
أحيانًا تسمى أجزاء من دورة كالفين تفاعلات غير معتمدة على الضوء. لكن لا تدع هذا الاسم يخدعك … تتطلب ردود الفعل هذه ضوء الشمس لتعمل.
يساعد بروتين RuBisCO أيضًا في تحويل الكربون من الهواء إلى سكريات. يعمل بروتين RuBisCO ببطء، لذلك تحتاج النباتات إلى كميات كبيرة منه. RuBisCO هو في الواقع البروتين الأكثر وفرة في العالم!
تُستخدم منتجات دورة كالفين لتصنيع سكر بسيط يسمى الجلوكوز. يستخدم الجلوكوز لبناء سكريات أكثر تعقيدًا مثل النشا والسليلوز. النشا يخزن الطاقة للنباتات، والسليلوز هو المادة التي تصنع منها النباتات.