أنظمة الصور: المكونات والتشغيل والأنواع - مادة الاحياء - 2026

أنظمة الصور هي وحدات وظيفية لعملية التمثيل الضوئي. يتم تعريفها من خلال أشكال ارتباطها وتنظيمها الخاص للأصباغ الضوئية ومجمعات البروتين القادرة على امتصاص وتحويل الطاقة الضوئية ، في عملية تتضمن نقل الإلكترونات.

يُعرف نوعان من أنظمة الصور ، يسمى نظامي الصور الأول والثاني بسبب الترتيب الذي تم اكتشافهما به. يحتوي نظام الصور الأول على كميات عالية جدًا من الكلوروفيل أ مقارنة بكمية الكلوروفيل ب ، بينما يحتوي النظام الضوئي الثاني على كميات متشابهة جدًا من كل من أصباغ التمثيل الضوئي.

رسم تخطيطي لنظام الصور الأول مأخوذ ومُحرر من: Pisum.

توجد أنظمة الصور في أغشية الثايلاكويد لكائنات التمثيل الضوئي مثل النباتات والطحالب. يمكن العثور عليها أيضًا في البكتيريا الزرقاء.

البلاستيدات الخضراء

البلاستيدات الخضراء عبارة عن عضيات كروية أو مستطيلة يبلغ قطرها حوالي 5 ميكرومتر وتحتوي على أصباغ التمثيل الضوئي. داخلها ، يحدث التمثيل الضوئي في الخلايا النباتية.

وهي محاطة بغشاءين خارجيين وبداخلها تحتوي على هياكل تشبه الكيس ، وتحيط بها أيضًا غشاءان يسميان الثايلاكويدات.

يتم تكديس الثايلاكويدات لتشكيل مجموعة تتلقى اسم جرانا ، في حين يسمى السائل الذي يحيط بالثيلاكويدات السدى. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الثايلاكويدات محاطة بغشاء يسمى التجويف الذي يحد من الفضاء الداخلي.

يحدث تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية أثناء عملية التمثيل الضوئي داخل أغشية الثايلاكويدات. من ناحية أخرى ، يحدث إنتاج وتخزين الكربوهيدرات نتيجة لعملية التمثيل الضوئي في السدى.

أصباغ التمثيل الضوئي

إنها بروتينات قادرة على امتصاص الطاقة الضوئية لاستخدامها أثناء عملية التمثيل الضوئي ، وهي مرتبطة كليًا أو جزئيًا بغشاء الثايلاكويد. الصباغ المتورط مباشرة في تفاعلات الضوء لعملية التمثيل الضوئي هو الكلوروفيل.

هناك نوعان رئيسيان من الكلوروفيل في النباتات ، يسمى الكلوروفيل أ و ب. ومع ذلك ، في بعض الطحالب قد توجد أنواع أخرى من الكلوروفيل مثل c و d ، وهذا الأخير موجود فقط في بعض الطحالب الحمراء.

هناك أصباغ ضوئية أخرى مثل الكاروتينات والزانثوفيل التي تشكل معًا الكاروتينات. هذه الأصباغ عبارة عن إيزوبرينويدات تتكون بشكل عام من أربعين ذرة كربون. الكاروتينات عبارة عن كاروتين غير مؤكسج ، بينما الزانثوفيل عبارة عن أصباغ مؤكسجة.

في النباتات ، يشارك الكلوروفيل أ بشكل مباشر في تفاعلات الضوء فقط لا تمتص الأصباغ المتبقية الطاقة الضوئية مباشرة ، ولكنها تعمل كأصباغ ملحقة عن طريق نقل الطاقة الملتقطة من الضوء إلى الكلوروفيل أ. وبهذه الطريقة ، يتم التقاط طاقة أكثر مما يمكن للكلوروفيل وحده التقاطه.

البناء الضوئي

التمثيل الضوئي هو عملية بيولوجية تسمح للنباتات والطحالب وبعض البكتيريا بالاستفادة من الطاقة التي تأتي من ضوء الشمس. من خلال هذه العملية ، تستخدم النباتات الطاقة الضوئية لتحويل ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي والمياه التي يتم الحصول عليها من التربة إلى جلوكوز وأكسجين.

يتسبب الضوء في سلسلة معقدة من تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تسمح بتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية ضرورية لإكمال عملية التمثيل الضوئي. أنظمة الصور هي الوحدات الوظيفية لهذه العملية.

مكونات أنظمة الصور

مجمع الهوائي

يتكون من عدد كبير من الأصباغ ، بما في ذلك مئات من جزيئات الكلوروفيل وكميات أكبر من أصباغ الملحقات ، وكذلك phycobilins. يسمح الهوائي المعقد بامتصاص كمية كبيرة من الطاقة.

إنه يعمل مثل قمع أو هوائي (ومن هنا اسمه) يلتقط الطاقة من الشمس ويحولها إلى طاقة كيميائية ، والتي يتم نقلها إلى مركز التفاعل.

بفضل نقل الطاقة ، يتلقى جزيء الكلوروفيل الموجود في مركز التفاعل طاقة ضوئية أكثر بكثير مما كان سيحصل عليه بمفرده. أيضًا ، إذا تلقى جزيء الكلوروفيل الكثير من الضوء ، فقد يتأكسد ضوئيًا ويموت النبات.

مركز رد الفعل

إنه مركب يتكون من جزيئات الكلوروفيل ، وهو جزيء يُعرف باسم مستقبل الإلكترون الأساسي ، والعديد من الوحدات البروتينية الفرعية المحيطة به.

تسيير

بشكل عام ، جزيء الكلوروفيل الموجود في مركز التفاعل ، والذي يبدأ تفاعلات الضوء لعملية التمثيل الضوئي ، لا يستقبل الفوتونات مباشرة. تستقبل أصباغ الملحقات ، وكذلك بعض جزيئات الكلوروفيل الموجودة في مجمع الهوائي ، الطاقة الضوئية ، لكن لا تستخدمها بشكل مباشر.

يتم نقل هذه الطاقة التي يمتصها مجمع الهوائي إلى الكلوروفيل أ في مركز التفاعل. في كل مرة يتم تنشيط جزيء الكلوروفيل ، فإنه يطلق إلكترونًا نشطًا يتم امتصاصه بعد ذلك بواسطة مستقبل الإلكترون الأساسي.

نتيجة لذلك ، يتم تقليل المستقبِل الأساسي ، بينما يستعيد الكلوروفيل أ إلكترونًا بفضل الماء ، الذي يعمل كمحرر الإلكترون النهائي ويتم الحصول على الأكسجين كمنتج ثانوي.

أنواع

نظام التصوير الأول

يوجد على السطح الخارجي لغشاء الثايلاكويد ويحتوي على كمية منخفضة من الكلوروفيل ب ، بالإضافة إلى الكلوروفيل أ والكاروتينات.

الكلوروفيل أ في مركز التفاعل يمتص بشكل أفضل أطوال موجية 700 نانومتر (نانومتر) ، وهذا هو سبب تسميته P700 (صبغة 700).

في النظام الضوئي الأول ، تعمل مجموعة من البروتينات من مجموعة فيرودوكسين - كبريتيد الحديد - كمستقبلات نهائية للإلكترون.

نظام الصور الثاني

إنه يعمل أولاً في عملية تحويل الضوء إلى عملية التمثيل الضوئي ، ولكن تم اكتشافه بعد أول نظام ضوئي. يوجد على السطح الداخلي لغشاء الثايلاكويد ويحتوي على كمية أكبر من الكلوروفيل ب مقارنة بالنظام الضوئي الأول. كما أنه يحتوي على الكلوروفيل أ والفيكوبيلين والزانثوفيل.

في هذه الحالة ، يمتص الكلوروفيل أ في مركز التفاعل بشكل أفضل الطول الموجي 680 نانومتر (P680) وليس الطول الموجي 700 نانومتر كما في الحالة السابقة. متقبل الإلكترون النهائي في نظام الصور هذا هو كينون.

مخطط نظام الصور الثاني. مأخوذة وتحرير من: عمل كايدور الأصلي..

العلاقة بين النظامين الضوئي الأول والثاني

تتطلب عملية التمثيل الضوئي كلا النظامين الضوئي. أول نظام ضوئي يعمل هو II ، والذي يمتص الضوء وبالتالي فإن الإلكترونات الموجودة في الكلوروفيل في مركز التفاعل متحمسة ويلتقطها متقبلو الإلكترون الأساسيون.

تنتقل الإلكترونات التي يثيرها الضوء إلى النظام الضوئي الأول عبر سلسلة نقل الإلكترون الموجودة في غشاء الثايلاكويد. يتسبب هذا الإزاحة في انخفاض الطاقة الذي يسمح بنقل أيونات الهيدروجين (H +) عبر الغشاء ، باتجاه تجويف الثايلاكويدات.

يوفر نقل أيونات الهيدروجين فرقًا في الطاقة بين مساحة التجويف للثيلاكويدات وسدى البلاستيدات الخضراء ، والتي تعمل على توليد ATP.

يستقبل الكلوروفيل في مركز تفاعل النظام الضوئي الأول الإلكترون القادم من النظام الضوئي الثاني. يمكن أن يستمر الإلكترون في النقل الدوري للإلكترون حول النظام الضوئي الأول ، أو يمكن استخدامه لتكوين NADPH ، والذي يتم نقله بعد ذلك إلى دورة كالفين.

المراجع

1. إم دبليو نابورز (2004). مقدمة في علم النبات. شركة Pearson Education، Inc.
2. نظام الصور. على ويكيبيديا. تعافى من en.wikipedia.org.
3. نظام الصور الأول ، في ويكيبيديا. تعافى من en.wikipedia.org.
4. التمثيل الضوئي - نظامي الصور الأول والثاني. تعافى من britannica.com.
5. أندرسون وإل جي فرانزين (1992). نظم التمثيل الضوئي الأكسجين. في: إل إرنستر (محرر). الآليات الجزيئية في الطاقة الحيوية. ناشرو Elvieser Science.
6. يحيى ، أ.كاريلو-لوبيز ، المدير العام باريرا ، هـ.سوزان-أزبيري ، إم كيو بولانيوس (2019). الفصل 3 - التمثيل الضوئي. فسيولوجيا ما بعد الحصاد والكيمياء الحيوية للفاكهة والخضروات.