المرحلة الخفيفة لعملية التمثيل الضوئي: الآلية والمنتجات - مادة الاحياء - 2025

في المرحلة الخفيفة من التمثيل الضوئي هي أن جزءا من عملية التمثيل الضوئي التي تتطلب وجود الضوء. وهكذا ، يبدأ الضوء في التفاعلات التي تؤدي إلى تحويل جزء من الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية.

تحدث التفاعلات الكيميائية الحيوية في ثايلاكويدات البلاستيدات الخضراء ، حيث توجد أصباغ التمثيل الضوئي التي يثيرها الضوء. هذه هي الكلوروفيل أ ، والكلوروفيل ب ، والكاروتينات.

مرحلة الضوء والمرحلة المظلمة. مولوتشيوني ، من ويكيميديا ​​كومنز

هناك عدة عناصر مطلوبة لحدوث تفاعلات تعتمد على الضوء. مصدر الضوء داخل الطيف المرئي ضروري. وبالمثل ، فإن وجود الماء ضروري.

المنتج النهائي لمرحلة الضوء من التمثيل الضوئي هو تكوين ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) و NADPH (فوسفات نيكوتيناميد أدينين ثنائي النوكليوتيد). وتستخدم هذه الجزيئات كمصدر للطاقة في تثبيت من CO ₂ في المرحلة الظلام. وبالمثل ، خلال هذه المرحلة ، يتم إطلاق O ₂ ، وهو نتاج تحلل جزيء H ₂ O.

المتطلبات

من أجل حدوث تفاعلات تعتمد على الضوء في عملية التمثيل الضوئي ، يلزم فهم خصائص الضوء. وبالمثل ، من الضروري معرفة بنية الأصباغ المعنية.

الضوء

للضوء خصائص موجية وجسيمية. تصل الطاقة إلى الأرض من الشمس على شكل موجات ذات أطوال مختلفة تعرف بالطيف الكهرومغناطيسي.

حوالي 40٪ من الضوء الذي يصل إلى الكوكب هو ضوء مرئي. تم العثور على هذا في أطوال موجية بين 380-760 نانومتر. يشمل جميع ألوان قوس قزح ، ولكل منها طول موجي مميز.

أكثر الأطوال الموجية كفاءة في التمثيل الضوئي هي تلك من البنفسجي إلى الأزرق (380-470 نانومتر) ومن الأحمر البرتقالي إلى الأحمر (650-780 نانومتر).

للضوء أيضًا خصائص جسيمية. تسمى هذه الجسيمات بالفوتونات وترتبط بطول موجة معين. تتناسب طاقة كل فوتون عكسيا مع طوله الموجي. كلما كان الطول الموجي أقصر ، زادت الطاقة.

عندما يمتص جزيء فوتونًا من الطاقة الضوئية ، يتم تنشيط أحد إلكتروناته. يمكن للإلكترون أن يترك الذرة ويستقبله جزيء متقبل. تحدث هذه العملية في المرحلة الضوئية لعملية التمثيل الضوئي.

أصباغ

يوجد في غشاء الثايلاكويد (بنية البلاستيدات الخضراء) أصباغ مختلفة لها القدرة على امتصاص الضوء المرئي. تمتص أصباغ مختلفة أطوال موجية مختلفة. هذه الأصباغ هي الكلوروفيل والكاروتينات والفيكوبيلين.

تعطي الكاروتينات الألوان الصفراء والبرتقالية الموجودة في النباتات. تم العثور على Phycobilins في البكتيريا الزرقاء والطحالب الحمراء.

يعتبر الكلوروفيل صبغة التمثيل الضوئي الرئيسية. هذا الجزيء له ذيل هيدروكربوني طويل كاره للماء ، مما يبقيه متصلاً بغشاء الثايلاكويد. بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي على حلقة بورفيرين تحتوي على ذرة مغنيسيوم. يتم امتصاص الطاقة الضوئية في هذه الحلقة.

هناك أنواع مختلفة من الكلوروفيل. الكلوروفيل أ هو الصباغ الذي يتدخل بشكل مباشر في تفاعلات الضوء. يمتص الكلوروفيل ب الضوء بطول موجة مختلف وينقل هذه الطاقة إلى الكلوروفيل أ.

في البلاستيدات الخضراء ، يوجد ما يقرب من ثلاث مرات من الكلوروفيل أ أكثر من الكلوروفيل ب.

آلية

- أنظمة التصوير

يتم تنظيم جزيئات الكلوروفيل والأصباغ الأخرى داخل الثايلاكويد في وحدات التمثيل الضوئي.

تتكون كل وحدة ضوئية من 200-300 جزيء كلوروفيل أ ، وكميات صغيرة من الكلوروفيل ب ، والكاروتينات ، والبروتينات. هناك منطقة تسمى مركز التفاعل ، وهو الموقع الذي يستخدم الطاقة الضوئية.

الصورة: المرحلة الضوئية لعملية التمثيل الضوئي. المؤلف: Somepics. https://es.m.wikipedia.org/wiki/ الملف: Thylakoid_membrane_3.svg

تسمى الأصباغ الأخرى الموجودة بمجمعات الهوائي. لديهم وظيفة التقاط وتمرير الضوء إلى مركز التفاعل.

هناك نوعان من وحدات التمثيل الضوئي ، تسمى أنظمة الصور. وهي تختلف من حيث أن مراكز تفاعلها مرتبطة ببروتينات مختلفة. تسبب تحولا طفيفا في أطياف امتصاصها.

في النظام الضوئي الأول ، يكون للكلوروفيل أ المرتبط بمركز التفاعل ذروة امتصاص تبلغ 700 نانومتر (P ₇₀₀). في النظام الضوئي الثاني ، تحدث ذروة الامتصاص عند 680 نانومتر (P ₆₈₀).

-التحلل الضوئي

خلال هذه العملية يحدث انهيار جزيء الماء. يشارك نظام الصور الثاني. يضرب فوتون من الضوء جزيء P ₆₈₀ ويدفع الإلكترون إلى مستوى طاقة أعلى.

يتم استقبال الإلكترونات المثارة بواسطة جزيء فيوفيتين ، وهو متقبل وسيط. بعد ذلك ، يعبرون غشاء الثايلاكويد حيث يتم قبولهم بواسطة جزيء البلاستوكينون. يتم نقل الإلكترونات أخيرًا إلى P ₇₀₀ من النظام الضوئي الأول.

يتم استبدال الإلكترونات التي تم التخلي عنها بواسطة P ₆₈₀ بأخرى من الماء. مطلوب بروتين يحتوي على المنغنيز (بروتين Z) لتفكيك جزيء الماء.

عندما ينكسر H ₂ O ، يتم إطلاق بروتونين (H ⁺) والأكسجين. يلزم شق جزيئين من الماء _{حتى يتم إطلاق} جزيء واحد من O ₂.

- الفسفرة الضوئية

هناك نوعان من الفسفرة الضوئية ، اعتمادًا على اتجاه تدفق الإلكترون.

الفسفرة الضوئية غير الدورية

كل من النظام الضوئي الأول والثاني متورطان فيه. يطلق عليه اسم غير دوري لأن تدفق الإلكترونات يسير في اتجاه واحد فقط.

عندما يحدث إثارة لجزيئات الكلوروفيل ، فإن الإلكترونات ستتحرك عبر سلسلة نقل الإلكترون.

يبدأ في النظام الضوئي I عندما يمتص فوتون من الضوء بواسطة جزيء P ₇₀₀. يتم نقل الإلكترون المثير إلى متقبل أولي (Fe-S) يحتوي على الحديد والكبريتيد.

ثم ينتقل إلى جزيء الفيروكسين. بعد ذلك ، ينتقل الإلكترون إلى جزيء النقل (FAD). هذا يعطيها لجزيء NADP ⁺ الذي يقللها إلى NADPH.

ستحل الإلكترونات المنقولة بواسطة النظام الضوئي الثاني في التحلل الضوئي محل تلك المنقولة بواسطة P ₇₀₀. يحدث هذا من خلال سلسلة نقل مكونة من أصباغ تحتوي على الحديد (السيتوكرومات). بالإضافة إلى ذلك ، تشارك البلاستوسيانين (البروتينات التي تحتوي على النحاس).

خلال هذه العملية ، يتم إنتاج جزيئات NADPH و ATP. لتكوين ATP ، يتدخل إنزيم ATPsyntetase.

الفسفرة الضوئية الحلقية

يحدث فقط في النظام الضوئي الأول. عندما يتم إثارة جزيئات مركز تفاعل P ₇₀₀ ، يتم استقبال الإلكترونات بواسطة جزيء P ₄₃₀.

بعد ذلك ، يتم دمج الإلكترونات في سلسلة النقل بين نظامي الصور. في العملية يتم إنتاج جزيئات ATP. على عكس الفسفرة الضوئية غير الدورية ، لا يتم إنتاج NADPH ولا يتم إطلاق O ₂.

في نهاية عملية نقل الإلكترون ، يعودون إلى مركز تفاعل النظام الضوئي الأول. ولهذا ، يُطلق عليه اسم الفسفرة الضوئية الحلقية.

المنتجات النهائية

في نهاية مرحلة الضوء ، يتم إطلاق O ₂ في البيئة كمنتج ثانوي للتحلل الضوئي. يخرج هذا الأكسجين إلى الغلاف الجوي ويستخدم في تنفس الكائنات الهوائية.

منتج آخر من المرحلة الخفيفة النهائي هو NADPH، وهو أنزيم (جزء من انزيم غير بروتين) التي ستشارك في تثبيت من CO ₂ خلال دورة كالفين (مرحلة مظلمة من التمثيل الضوئي).

ATP هو نوكليوتيد يستخدم للحصول على الطاقة اللازمة المطلوبة في عمليات التمثيل الغذائي للكائنات الحية. يتم استهلاك هذا في تخليق الجلوكوز.

المراجع

1. بتروتسوس دي آر توكوتسو ، إس ماروياما ، إس فلوري ، أ غرينر ، إل ماغنيشي ، إل كوسانت ، تي كوتكي. M Mittag و P Hegemann و G Finazzi و J Minagaza (2016) يتوسط مستقبل الضوء الأزرق للضوء الأزرق تنظيم التغذية الراجعة لعملية التمثيل الضوئي. Nature 537: 563-566.
2. Salisbury F and C Ross (1994) فسيولوجيا النبات. Grupo الافتتاحية Iberoamérica. المكسيك مدافع. 759 ص.
3. Solomon E و L Berg و D Martín (1999) علم الأحياء. الطبعه الخامسة. محرر MGraw-Hill Interamericana. المكسيك مدافع. 1237 ص.
4. Stearn K (1997) بيولوجيا النبات التمهيدية. دار نشر WC Brown. الاستخدامات. 570 ص.
5. Yamori W و T Shikanai و A Makino (2015) نظام الصور الأول يتدفق الإلكترون الدوري عبر مركب يشبه نازعة الهيدروجين NADH البلاستيدات الخضراء يؤدي دورًا فسيولوجيًا لعملية التمثيل الضوئي في الإضاءة المنخفضة. تقرير الطبيعة العلمي 5: 1-12.