أين تتم عملية التمثيل الضوئي. كيف تنتج النباتات الأكسجين

إلى الأمام

انتباه! تعد معاينة الشريحة للأغراض الإعلامية فقط وقد لا تمثل النطاق الكامل للعرض التقديمي. إذا كنت مهتمًا بهذا العمل ، فيرجى تنزيل النسخة الكاملة.

مهام:لتكوين معرفة حول تفاعلات تبادلات البلاستيك والطاقة وعلاقتها ؛ تذكر السمات الهيكلية للبلاستيدات الخضراء. وصف مراحل الضوء والظلام لعملية التمثيل الضوئي. أظهر أهمية التمثيل الضوئي كعملية تضمن تخليق المواد العضوية وامتصاص ثاني أكسيد الكربون وإطلاق الأكسجين في الغلاف الجوي.

نوع الدرس:محاضرة.

معدات:

1. مساعدات بصرية: جداول في علم الأحياء العام ؛
2. التكلفة الإجمالية للملكية: الكمبيوتر ؛ جهاز عرض الوسائط المتعددة.

خطة المحاضرة:

1. تاريخ دراسة العملية.
2. تجارب التمثيل الضوئي.
3. التمثيل الضوئي كعملية بنائية.
4. الكلوروفيل وخصائصه.
5. أنظمة الصور.
6. المرحلة الضوئية لعملية التمثيل الضوئي.
7. المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي.
8. العوامل المحددة لعملية التمثيل الضوئي.

تقدم المحاضرة

تاريخ دراسة التمثيل الضوئي

1630 سنة بداية دراسة التمثيل الضوئي . فان هيلمونتثبت أن النباتات تشكل مواد عضوية ، ولا تستقبلها من التربة. عندما كان يزن وعاءًا بالأرض والصفصاف ، وبشكل منفصل الشجرة نفسها ، أظهر أنه بعد 5 سنوات زاد وزن الشجرة بمقدار 74 كجم ، بينما فقدت التربة 57 جرامًا فقط ، وقرر أن الشجرة تتلقى الطعام من الماء. نحن نعلم الآن أنه يتم استخدام ثاني أكسيد الكربون.

في 1804 سوسوروجدت أن الماء يلعب دورًا مهمًا في عملية التمثيل الضوئي.

في 1887تم اكتشاف بكتيريا التخليق الكيميائي.

في 1905 بلاكمانثبت أن التمثيل الضوئي يتكون من مرحلتين: سريع - خفيف وسلسلة من ردود الفعل البطيئة المتتالية للمرحلة المظلمة.

تجارب التمثيل الضوئي

تجربة واحدة تثبت أهمية ضوء الشمس (الشكل 1.)	2 أثبتت التجربة أهمية ثاني أكسيد الكربون في عملية التمثيل الضوئي (الشكل 2.)
3 تجربة تثبت أهمية التمثيل الضوئي (الشكل 3.)

التمثيل الضوئي كعملية بنائية

1. كل عام ، نتيجة لعملية التمثيل الضوئي ، يتم تكوين 150 مليار طن من المواد العضوية و 200 مليار طن من الأكسجين الحر.
2. دورة الأكسجين والكربون والعناصر الأخرى المشاركة في عملية التمثيل الضوئي. يحافظ على التكوين الحديث للغلاف الجوي الضروري لوجود أشكال الحياة الحديثة.
3. يمنع التمثيل الضوئي زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون ، ويمنع ارتفاع درجة حرارة الأرض بسبب تأثير الاحتباس الحراري.
4. التمثيل الضوئي هو أساس كل السلاسل الغذائية على الأرض.
5. الطاقة المخزنة في المنتجات هي المصدر الرئيسي للطاقة للبشرية.

جوهر التمثيل الضوئيتتكون من تحويل الطاقة الضوئية لشعاع الشمس إلى طاقة كيميائية على شكل ATP و NADP · H 2.

معادلة التمثيل الضوئي الشاملة هي:

6CO 2 + 6H 2 O→ج 6 س 12 س 6 + 6 س 2

هناك نوعان رئيسيان من التمثيل الضوئي:

الكلوروفيل وخصائصه

أنواع الكلوروفيل

الكلوروفيل له تعديلات أ ، ب ، ج ، د. وهي تختلف في التركيب الهيكلي وطيف امتصاص الضوء. على سبيل المثال: يحتوي الكلوروفيل ب على ذرة أكسجين أكثر واثنين من ذرات الهيدروجين أقل من الكلوروفيل أ.

تحتوي جميع النباتات والبكتيريا المؤكسدة على الكلوروفيل الأصفر والأخضر كصبغة رئيسية ، والكلوروفيل ب كصبغة إضافية.

أصباغ نباتية أخرى

بعض الأصباغ الأخرى قادرة على امتصاص الطاقة الشمسية وتحويلها إلى الكلوروفيل ، وبالتالي إشراكها في عملية التمثيل الضوئي.

معظم النباتات لها صبغة برتقالية داكنة - كاروتينالذي يتحول في جسم الحيوان إلى فيتامين أ وصبغة صفراء - زانثوفيل.

فيكوسيانينو فيكويريثرين- تحتوي على طحالب حمراء وزرقاء وخضراء. في الطحالب الحمراء ، تشارك هذه الأصباغ في عملية التمثيل الضوئي بشكل أكثر نشاطًا من الكلوروفيل.

يمتص الكلوروفيل الحد الأدنى من الضوء في الجزء الأزرق والأخضر من الطيف. الكلوروفيل أ ، ب - في المنطقة البنفسجية من الطيف ، حيث يبلغ الطول الموجي 440 نانومتر. الوظيفة الفريدة للكلوروفيليتكون من حقيقة أنه يمتص الطاقة الشمسية بشكل مكثف وينقلها إلى جزيئات أخرى.

تمتص الأصباغ طول موجي معين ، تنعكس الأجزاء غير الممتصة من الطيف الشمسي ، مما يوفر لون الصباغ. لا يُمتص الضوء الأخضر ، لذلك يتحول الكلوروفيل إلى اللون الأخضر.

أصباغهي مركبات كيميائية تمتص الضوء المرئي ، مما يتسبب في إثارة الإلكترونات. كلما كان الطول الموجي أقصر ، زادت طاقة الضوء وزادت قدرته على نقل الإلكترونات إلى حالة الإثارة. هذه الحالة غير مستقرة وسرعان ما يعود الجزيء بأكمله إلى حالته المعتادة منخفضة الطاقة ، ويفقد طاقة الإثارة. يمكن استخدام هذه الطاقة في التألق.

أنظمة الصور

يتم "تعبئة" أصباغ النبات المشاركة في عملية التمثيل الضوئي في ثايلاكويدات البلاستيدات الخضراء في شكل وحدات التمثيل الضوئي الوظيفية - أنظمة التمثيل الضوئي: النظام الضوئي الأول والنظام الضوئي الثاني.

يتكون كل نظام من مجموعة من الأصباغ المساعدة (من 250 إلى 400 جزيء) التي تنقل الطاقة إلى جزيء واحد من الصبغة الرئيسية وتسمى مركز رد الفعل. يستخدم الطاقة الشمسية للتفاعلات الضوئية الكيميائية.

يمر الضوء بالضرورة بمشاركة الضوء ، المرحلة المظلمة في الضوء وفي الظلام. تحدث عملية الضوء في ثايلاكويدات البلاستيدات الخضراء ، وتحدث العملية المظلمة في السدى ، أي يتم فصل هذه العمليات مكانيًا.

المرحلة الضوئية لعملية التمثيل الضوئي

في 1958 أرنوندرس ومعاونوه المرحلة الضوئية لعملية التمثيل الضوئي. وجدوا أن الضوء هو مصدر الطاقة أثناء عملية التمثيل الضوئي ، ومنذ ذلك الحين في الضوء في تخليق الكلوروفيل من ADP + F.c. → ATP ، ثم تسمى هذه العملية الفسفرة.يرتبط بنقل الإلكترونات في الأغشية.

دور تفاعلات الضوء: 1. تخليق ATP - الفسفرة. 2. توليف NADP.H 2.

يسمى مسار نقل الإلكترون مخطط Z.

مخطط Z. الفسفرة الضوئية الحلقية وغير الحلقية(الشكل 6.)

في سياق النقل الدوري للإلكترون ، لا يوجد تكوين لـ NADP.H 2 والتحلل الضوئي لـ H 2 O ، وبالتالي إطلاق O 2. يتم استخدام هذا المسار عندما يكون هناك فائض من NADP.H 2 في الخلية ، ولكن يلزم ATP إضافي.

كل هذه العمليات تنتمي إلى المرحلة الضوئية لعملية التمثيل الضوئي. في المستقبل ، يتم استخدام طاقة ATP و NADP.H 2 لتخليق الجلوكوز. هذه العملية لا تتطلب الضوء. هذه هي ردود أفعال المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي.

المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي أو دورة كالفين

يحدث تخليق الجلوكوز خلال عملية دورية سميت على اسم العالم ملفين كالفين الذي اكتشفها وحصل على جائزة نوبل.

أرز. 8. دورة كالفين

يتم تنفيذ كل تفاعل لدورة كالفين بواسطة إنزيم خاص به. لتكوين الجلوكوز ، يتم استخدام: CO 2 ، البروتونات والإلكترونات من NADP.H 2 ، طاقة ATP و NADP.H 2. تتم العملية في سدى البلاستيدات الخضراء. المركب الأولي والنهائي لدورة كالفين ، والذي يتم بواسطة إنزيم كربوكسيلاز ثنائي فوسفات الريبولوزينضم ثاني أكسيد الكربون ، وهو عبارة عن سكر خماسي الكربون - ريبولوز ثنائي الفوسفاتتحتوي على مجموعتين من الفوسفات. نتيجة لذلك ، يتم تكوين مركب مكون من ستة كربون ، والذي يتحلل على الفور إلى جزيئين من ثلاثة كربون. حمض الفوسفوجليسيريك، والتي يتم استعادتها بعد ذلك إلى فسفوغلايسيرالدهيد. في الوقت نفسه ، يتم استخدام جزء من الفوسفوجلايسيرالديهايد الناتج لتجديد فوسفات الريبولوز ، وبالتالي يتم تجديد الدورة مرة أخرى (5C 3 → 3C 5) ، ويستخدم جزء لتخليق الجلوكوز والمركبات العضوية الأخرى (2C 3 → C 6 → ج 6 ح 12 س 6).

لتشكيل جزيء جلوكوز واحد ، يلزم 6 دورات دورة و 12 NADP.H 2 و 18 ATP مطلوبة. من معادلة التفاعل الشاملة يتضح:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

يمكن أن نرى من المعادلة أعلاه أن ذرات C و O دخلت الجلوكوز من CO 2 ، وذرات الهيدروجين من H 2 O. يمكن استخدام الجلوكوز لاحقًا لتخليق الكربوهيدرات المعقدة (السليلوز ، النشا) ولتكوين البروتينات والدهون.

(C 4 - التمثيل الضوئي. في عام 1965 ، ثبت أن أول نواتج التمثيل الضوئي في قصب السكر هي أحماض تحتوي على أربع ذرات كربون (ماليك ، أوكسالوسيتيك ، أسبارتيك) ، الذرة ، الذرة الرفيعة ، الدخن تنتمي إلى نباتات C4).

العوامل المحددة لعملية التمثيل الضوئي

يعد معدل التمثيل الضوئي من أهم العوامل التي تؤثر على إنتاجية المحاصيل الزراعية. لذلك ، بالنسبة للمراحل المظلمة من عملية التمثيل الضوئي ، هناك حاجة إلى NADP.H 2 و ATP ، وبالتالي فإن معدل التفاعلات المظلمة يعتمد على تفاعلات الضوء. في الإضاءة المنخفضة ، سيكون معدل تكوين المادة العضوية منخفضًا. لذا فإن الضوء هو العامل المحدد.

من بين جميع العوامل التي تؤثر في وقت واحد على عملية التمثيل الضوئي يحدسيكون أقرب إلى المستوى الأدنى. تم تثبيته بلاكمان في عام 1905. يمكن أن تكون هناك عوامل مختلفة مقيدة ، ولكن أحدها هو العامل الرئيسي.

دور الفضاء للنباتات(موصوف K. A. Timiryazev) تكمن في حقيقة أن النباتات هي الكائنات الحية الوحيدة التي تمتص الطاقة الشمسية وتراكمها في شكل طاقة كيميائية محتملة للمركبات العضوية. يدعم O 2 المنطلق النشاط الحيوي لجميع الكائنات الهوائية. يتكون الأوزون من الأكسجين الذي يحمي جميع الكائنات الحية من الأشعة فوق البنفسجية. استخدمت النباتات كمية هائلة من ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي ، أدى فائضها إلى "تأثير الاحتباس الحراري" ، وانخفضت درجة حرارة الكوكب إلى قيمها الحالية.

مع تكوين O 2 هو أهم حدث في. ، مما جعل ضوء الشمس هو المصدر الرئيسي. الطاقة ، ولكن - مصدر غير محدود فعليًا لتوليف الحياة الداخلية. نتيجة لذلك ، الحديث في تكوينه ، أصبح O 2 متاحًا للغذاء (انظر) ، وهذا أدى إلى ظهور كائنات حية عالية. غيرية التغذية (تستخدم كمصدر خارجي المنشأ org. in-va).

نعم. 7٪ غزاله. يستخدم الإنسان منتجات التمثيل الضوئي في الغذاء ، كعلف للحيوانات ، وأيضًا في الشكل والبناء. مواد. الأحفورة هي أيضًا نتاج عملية التمثيل الضوئي. استهلاكها في الخداع. القرن ال 20 يساوي تقريبًا نمو الكتلة الحيوية.

يبلغ إجمالي تخزين طاقة الإشعاع الشمسي في شكل منتجات التمثيل الضوئي تقريبًا. 1.6 10 21 كيلو جول في السنة ، وهو أعلى بحوالي 10 مرات من المعدل الحالي. نشيط. استهلاك بشري. يقع ما يقرب من نصف طاقة الإشعاع الشمسي على المنطقة المرئية من الطيف (الطول الموجي l من 400 إلى 700 نانومتر) ، والذي يستخدم في التمثيل الضوئي (الإشعاع النشط من الناحية الفسيولوجية ، أو PAR). إن الأشعة تحت الحمراء غير مناسبة لعملية التمثيل الضوئي للأكسجين (النباتات العليا والطحالب) ، ولكنها تستخدم من قبل بعض بكتيريا التمثيل الضوئي.

يرجع ذلك إلى حقيقة أنهم يشكلون الرئيسي كتلة منتجات التخليق الحيوي. الأنشطة النباتية ، الكيمياء. عادة ما يتم كتابة معدل البناء الضوئي على النحو التالي:

لهذه النسبة 469.3 كيلوجول / ، بانخفاض قدره 30.3 جول / (ك مول) ، -479 كيلوجول /. الاستهلاك الكمي لعملية التمثيل الضوئي للطحالب وحيدة الخلية في المختبر. الظروف هي 8-12 كمات لكل ثاني أكسيد الكربون. لا يزيد استخدام طاقة الإشعاع الشمسي التي تصل إلى سطح الأرض أثناء عملية التمثيل الضوئي عن 0.1٪ من إجمالي PAR. نائب. تمتص النباتات المنتجة (مثل قصب السكر) تقريبًا. 2٪ من طاقة الإشعاع الساقط ، والمحاصيل - حتى 1٪. عادةً ما تكون الإنتاجية الإجمالية لعملية التمثيل الضوئي محدودة بمحتوى ثاني أكسيد الكربون في (0.03-0.04٪ من حيث الحجم) وشدة الضوء و t-swarm. أوراق السبانخ الناضجة في تركيبة طبيعية عند 25 درجة مئوية في ضوء كثافة التشبع (تحت أشعة الشمس) تعطي عدة. لترا من O 2 في الساعة لكل جرام أو لكل كيلوجرام جاف. بالنسبة للطحالب Chlorella pyrenoidosa عند درجة حرارة 35 درجة مئوية ، فإن الزيادة في ثاني أكسيد الكربون من 0.03 إلى 3٪ تسمح بزيادة ناتج O 2 بمقدار 5 مرات ، وهذا التنشيط هو الحد الأقصى.

التمثيل الضوئي البكتيري والمعدل الإجمالي للتمثيل الضوئي.جنبا إلى جنب مع التمثيل الضوئي للنباتات والطحالب العليا ، مصحوبًا بإطلاق O 2 ، يتم إجراء التمثيل الضوئي البكتيري في الطبيعة ، في Krom لا يتأكسد ، ولكن المركبات الأخرى ذات الترميمات الأكثر وضوحًا. سانت لك مثلا. H2S ، SO2. أثناء عملية التمثيل الضوئي البكتيرية ، لا يتم تحريرها ، على سبيل المثال:

لا تستطيع بكتيريا التمثيل الضوئي استخدام الأشعة المرئية فحسب ، بل أيضًا الأشعة القريبة من الأشعة تحت الحمراء (حتى 1000 نانومتر) وفقًا لأطياف امتصاص البكتيريا الكلورية السائدة فيها. التمثيل الضوئي البكتيري ليس ضروريًا للتخزين العالمي للطاقة الشمسية ، ولكنه مهم لفهم الآليات العامة لعملية التمثيل الضوئي. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تسهم عملية التمثيل الضوئي ناقص الأكسجين محليًا بشكل كبير في إجمالي إنتاجية العوالق. لذلك ، في البحر الأسود ، عدد البكتيريا الكلوروفيل في العمود في عدد من الأماكن هو نفسه تقريبًا.

مع الأخذ في الاعتبار البيانات المتعلقة بعملية التمثيل الضوئي للنباتات العليا والطحالب وبكتيريا التمثيل الضوئي ، يمكن كتابة معادلة التمثيل الضوئي المعممة على النحو التالي:

F يتم تقسيم تخليق الأذن مكانيًا وزمانيًا إلى عمليتين منفصلتين نسبيًا: المرحلة الضوئية والمرحلة المظلمة من ثاني أكسيد الكربون (الشكل 1). يتم تنفيذ كلتا المرحلتين في النباتات العليا والطحالب المتخصصة. العضيات -. الاستثناء هو الطحالب الخضراء المزرقة (البكتيريا الزرقاء) ، والتي لا تحتوي على جهاز التمثيل الضوئي المنفصل عن السيتوبلازم. .

كرد فعل. مركز التمثيل الضوئي ، حيث يتم نقل الإثارة باحتمالية 100٪ تقريبًا ، يحدث p-tion الأولي بين النشط كيميائيًا ضوئيًا (a جرثومي الكلوروفيل في البكتيريا) والمستقبل الأساسي (PA). تحدث مناطق أخرى في الثايلاكويد بين في DOS الخاصة بهم. تنص ولا تتطلب الإثارة بالضوء. يتم تنظيم هذه المناطق في سلسلة نقل الإلكترون - سلسلة من الناقلات الثابتة. تحتوي سلسلة نقل الإلكترون للنباتات والطحالب العليا على نوعين من الكيمياء الضوئية. مراكز (أنظمة ضوئية) تعمل بالتتابع (الشكل 2) ، في سلسلة نقل الإلكترون البكتيري - واحد (الشكل 3).

في النظام الضوئي الثاني للنباتات والطحالب العليا ، أثارت القميص a في وسط P680 (يشير الرقم 680 إلى أن الحد الأقصى للتغييرات الطيفية في النظام عند الإثارة بالضوء يقترب من 680 نانومتر) يعطي من خلال متقبل وسيط للفيوفيتين (PHEO ، تناظرية خالية من المغنيسيوم) ، تشكيل. يعمل الأنيون الجذري للفيوفيتين المختزل أيضًا على plastoquinone المرتبط (HRP * ؛ يختلف عن البدائل في حلقة الكينويد) المنسق مع Fe 3+ (يوجد مركب Fe 3+ -ubiquinone مماثل في البكتيريا). ثم يتم نقله على طول السلسلة ، بما في ذلك البلاستوكينون الحر (HRP) ، والذي يكون موجودًا بشكل زائد فيما يتعلق ببقية مكونات السلسلة ، ثم (C) b 6 و f ، والتي تشكل معقدًا مع مركز كبريت الحديد ، من خلال مادة تحتوي على النحاسplastocyanin (PC ، mol. w. 10400) إلى مركز تفاعل النظام الضوئي الأول.

تتم استعادة المراكز بسرعة ، خلال عدد من الفواصل الزمنية. شركات النقل من. يتطلب تكوين O 2 الخلافة. الإثارة الرباعية لمركز تفاعل النظام الضوئي P ويتم تحفيزها بواسطة مجمع غشائي يحتوي على Mn.

نظام الصور يمكنني العمل بشكل مستقل دون الاتصال بالنظام II. في هذه الحالة ، دوري النقل (كما هو موضح في الخط المنقط في الرسم التخطيطي) مصحوب بـ NADPH ، وليس NADPH. تشكلت في مرحلة الضوء

يتم استخدام NADPH في المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي ، والتي يتم خلالها تكوين NADP مرة أخرى.

سلاسل نقل الإلكترون لبكتيريا التمثيل الضوئي هي في سماتها الرئيسية شبيهة بالشظايا الفردية لتلك الموجودة في الكلوروفيل في النباتات العليا. على التين. يوضح الشكل 3 سلسلة نقل الإلكترون للبكتيريا الأرجواني.

المرحلة المظلمة من التمثيل الضوئي.جميع عمليات التمثيل الضوئي ، التي تنتج O 2 ، وكذلك بعض البكتيريا التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي ، تعمل أولاً على تقليل ثاني أكسيد الكربون إلى ما يسمى. دورة كالفين. في بكتيريا التمثيل الضوئي ، على ما يبدو ، تحدث آليات أخرى أيضًا. تم العثور على معظم دورة كالفين في حالة قابلة للذوبان في السدى.

يظهر مخطط دورة مبسط في الشكل. 4. المرحلة الأولى - ribulose-1،5-diphosphate و hydroتحلل المنتج مع تكوين اثنين من 3-فوسفوجليسيرول لك. يتم فسفرة حامض C 3 هذا لتكوين 3-فوسفوجليسيرويل فوسفات ، والذي يتم بعد ذلك تقليله بواسطة NADPH إلى glyceraldehyde-3-phosphate. ثم يدخل ثلاثي الفوسفات الناتج في سلسلة من p-tions ، وإعادة ترتيب ، مما يعطي 3 ريبولوز-5-فوسفات. يتم فسفرته الأخير بالمشاركة مع تكوين ريو-لوسو-1،5-ثنائي الفوسفات ، وبالتالي ، يتم إغلاق الدورة. يتم تحويل واحد من 6 جلايسيرالديهيد-3-فوسفات المتكونة إلى جلوكوز -6-فوسفات ثم استخدامها للتخليق أو إطلاقه. يمكن أيضًا تحويل Glyceraldehyde-3-phosphate إلى 3-glycerophosphate ثم إلى. ثلاثي، القادمة من ، يتم تحويلها إلى main. ج ، يتم نقل الحواف من الورقة إلى أجزاء أخرى من النبات.

في دورة واحدة كاملة من دورة كالفين ، يتم استهلاك 9 و 6 NADPH لتكوين حمض 3-فوسفوجليسيرول. طاقة كفاءة الدورة (نسبة طاقة الفوتون المطلوبة لعملية التمثيل الضوئي وتكوين NADPH إلى DG 0 من ثاني أكسيد الكربون) ، مع مراعاة تلك النشطة في السدى ، تبلغ 83٪. لا توجد مواد كيميائية ضوئية في دورة كالفين نفسها. لكن المراحل الخفيفة يمكن أن تؤثر عليها بشكل غير مباشر (بما في ذلك المناطق التي لا تتطلب أو NADPH) من خلال التغييرات في Mg 2+ و H + ، وكذلك مستوى التخفيض.

بعض النباتات الأعلى التي تكيفت مع كثافة الضوء العالية والمناخ الدافئ (مثل قصب السكر والذرة) قادرة على تثبيت ثاني أكسيد الكربون بالإضافة إلى ذلك. ج 4 دورة. في الوقت نفسه ، يتم تضمين ثاني أكسيد الكربون أولاً في تبادل أربعة أحماض كربوكسيلية ثنائية الكربوكسيل ، والتي يتم بعد ذلك نزع الكربوكسيل منها حيث يتم توطين دورة كالفين. C 4 - دورة مميزة للنباتات ذات الخصائص التشريحية الخاصة. بنية الأوراق وتقسيم الوظائف بين نوعين من الصبار ، الصقلاب والنباتات الأخرى المقاومة للجفاف ، الفصل الجزئي لتثبيت ثاني أكسيد الكربون والتمثيل الضوئي في الوقت المناسب (تبادل CAM ، أو تبادل نوع Crassulaceae ؛ CAM مختصر من الإنجليزية Crassulaceae استقلاب حمض ). خلال النهار ، يتم إغلاق الثغور (القنوات التي يتم من خلالها تبادل الغازات) للتقليل. في الوقت نفسه ، من الصعب أيضًا توفير ثاني أكسيد الكربون. في الليل ، تكون الثغور مفتوحة ، يتم تثبيت ثاني أكسيد الكربون على شكل حمض الفوسفوينول-بيروفيك لتكوين أحماض C4 ، والتي يتم نزع الكربوكسيل منها خلال النهار ، ويتم تضمين ثاني أكسيد الكربون المنطلق في نفس الوقت في دورة كالفين (الشكل. 6).

التمثيل الضوئي للبكتيريا الحلزونية.الطريقة الوحيدة غير الكلوروفيل لتخزين الطاقة الضوئية المعروفة في الطبيعة يتم تنفيذها بواسطة بكتيريا هالوباكتيريوم هالوبيوم. ها ضوء ساطع مع تركيز مخفض من الكلوروفيل. تم إثبات ذلك أخيرًا عن طريق قياس الطيف الكتلي. طريقة (S. Ruben ، M. Kamen ، وكذلك A.P. Vinogradov and R.V. Teis ، 1941).

في 1935-1941 ، لخص K. Van Niel البيانات حول التمثيل الضوئي للنباتات والبكتيريا العليا واقترح معادلة عامة تغطي جميع أنواع التمثيل الضوئي.X. Gaffron و K. Wohl ، وكذلك L. Duysens في 1936-1952 على أساس الكميات. صاغت قياسات ناتج نواتج التمثيل الضوئي للضوء والمحتوى الممتص مفهوم "وحدة التمثيل الضوئي" - وهي مجموعة تقوم بجمع الضوء وتخدم التصوير الضوئي. المركز.

في 40-50s. كشف M. Calvin ، باستخدام 14 درجة مئوية ، عن آلية تثبيت CO 2. اكتشف د.أرنون (1954) الفسفرة الضوئية (بدأ بالضوء من و H 3 PO 4) وصاغ مفهوم نقل الإلكترون في. بي إيمرسون وتش. م. وجد لويس (1942-43) انخفاضًا حادًا في كفاءة التمثيل الضوئي عند 700 نانومتر (السقوط الأحمر ، أو تأثير إيمرسون الأول) ، وفي عام 1957 لاحظ إيمرسون زيادة غير مضافة في التمثيل الضوئي عندما تمت إضافة ضوء منخفض الكثافة باستخدام650 نانومتر للضوء الأحمر البعيد (تأثير التضخيم أو تأثير إيمرسون الثاني). على هذا في الستينيات. صاغ فكرة التمثيل باستمرارأنظمة ضوئية في سلسلة نقل الإلكترون لعملية التمثيل الضوئي ذات الحد الأقصى في أطياف الحركة بالقرب من 680 و 700 HM.

رئيسي تم وضع قوانين تكوين O 2 في عملية التمثيل الضوئي في أعمال B. Kok و P. Joliot (1969-70). أوشك توضيح الرصيف على الانتهاء. تنظيم مجمع الغشاء الذي يحفز هذه العملية. في الثمانينيات. تمت دراسة بنية المكونات الفردية للتمثيل الضوئي بالتفصيل بواسطة الطريقة. الأجهزة ، بما في ذلك مراكز التفاعل ومجمعات الحصاد الخفيف (I. Deizenhofer ، X. Michel ، P. Huber).

مضاء: كلايتون ر ، فوتوسينتيك. الآليات الفيزيائية والنماذج الكيميائية العابرة. من الإنجليزية ، M. ، 1984 ؛ "J. All-Russian Chemical Society الذي يحمل اسم D.I. Mendeleev" ، 1986 ، v. 31 ، No. 6 ؛ التمثيل الضوئي ، أد. جوفينجي ، العابرة. من الإنجليزية ، المجلد 1-2 ، M. ، 1987 ؛ نتائج العلوم والتكنولوجيا. Biophysics، vol. 20-22، M.، 1987. M.G. غولدفيلد.

الحياة البشرية ، مثل كل الكائنات الحية على الأرض ، مستحيلة بدون التنفس. نتنفس الأكسجين من الهواء ونخرج ثاني أكسيد الكربون. لماذا لا ينفد الأكسجين؟ اتضح أن الهواء في الغلاف الجوي يتغذى باستمرار بالأكسجين. ويحدث هذا التشبع على وجه التحديد بسبب التمثيل الضوئي.

التمثيل الضوئي - بسيط وواضح!

يجب أن يفهم الجميع ما هو التمثيل الضوئي. للقيام بذلك ، لا تحتاج إلى كتابة صيغ معقدة على الإطلاق ، يكفي أن تفهم أهمية وسحر هذه العملية.

تلعب النباتات دورًا رئيسيًا في عملية التمثيل الضوئي - العشب والأشجار والشجيرات. في أوراق النباتات لملايين السنين ، يحدث تحول مذهل لثاني أكسيد الكربون إلى أكسجين ، وهو أمر ضروري جدًا للحياة لكي يتنفسها العشاق. دعنا نحاول تفكيك عملية التمثيل الضوئي برمتها بالترتيب.

1. تأخذ النباتات الماء من التربة مع المعادن المذابة فيها - النيتروجين والفوسفور والمنغنيز والبوتاسيوم والأملاح المختلفة - أكثر من 50 عنصرًا كيميائيًا مختلفًا في المجموع. تحتاجه النباتات للتغذية. لكن النباتات تتلقى فقط 1/5 من المواد الضرورية من الأرض. 4/5 الآخرين يخرجون من فراغ!

2. تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون من الهواء. نفس ثاني أكسيد الكربون الذي نزفره كل ثانية. تتنفس النباتات ثاني أكسيد الكربون ، تمامًا كما نتنفس الأكسجين. لكن حتى هذا لا يكفي.

3. عنصر لا غنى عنه في المختبر الطبيعي هو ضوء الشمس. توقظ أشعة الشمس في أوراق النباتات تفاعلًا كيميائيًا غير عادي. كيف يحدث ذلك؟

4. توجد مادة مدهشة في أوراق النباتات- الكلوروفيل. الكلوروفيل قادر على التقاط تدفق ضوء الشمس ومعالجة المياه المتلقاة والعناصر الدقيقة وثاني أكسيد الكربون بلا كلل إلى مواد عضوية ضرورية لكل كائن حي على كوكبنا. في هذه المرحلة ، تطلق النباتات الأكسجين في الغلاف الجوي! هذا هو عمل الكلوروفيل الذي يسميه العلماء كلمة مركبة - البناء الضوئي.

يمكن تحميل عرض تقديمي حول موضوع التمثيل الضوئي على البوابة التعليمية

فلماذا العشب أخضر؟

الآن بعد أن علمنا أن الخلايا النباتية تحتوي على الكلوروفيل ، من السهل جدًا الإجابة على هذا السؤال. ليس بدون سبب من اللغة اليونانية القديمة تمت ترجمة الكلوروفيل كـ "الورقة الخضراء". بالنسبة لعملية التمثيل الضوئي ، يستخدم الكلوروفيل جميع أشعة الشمس ماعدا اللون الأخضر. نرى العشب ، أوراق النباتات خضراء على وجه التحديد لأن الكلوروفيل أخضر.

معنى التمثيل الضوئي.

لا يمكن المبالغة في تقدير أهمية التمثيل الضوئي - فبدون عملية التمثيل الضوئي ، سيتراكم الكثير من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي لكوكبنا ، ومعظم الكائنات الحية ببساطة لا تستطيع التنفس وستموت. ستتحول أرضنا إلى كوكب هامد. من أجل منع هذا ، يجب على كل شخص على كوكب الأرض أن يتذكر أننا مدينون كثيرًا للنباتات.

هذا هو السبب في أهمية إنشاء أكبر عدد ممكن من المتنزهات والمساحات الخضراء في المدن. حماية التايغا والغابة من الدمار. أو مجرد زرع شجرة بالقرب من المنزل. أو كسر الفروع. فقط مشاركة كل شخص على كوكب الأرض ستساعد في إنقاذ الحياة على كوكبهم الأصلي.

لكن أهمية التمثيل الضوئي لا تقتصر على تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أكسجين. نتيجة لعملية التمثيل الضوئي ، تشكلت طبقة الأوزون في الغلاف الجوي ، مما أدى إلى حماية الكوكب من الأشعة فوق البنفسجية الضارة. النباتات هي غذاء لمعظم الكائنات الحية على الأرض. الغذاء ضروري ومفيد. تغذية النبات هي أيضا ميزة التمثيل الضوئي.

في الآونة الأخيرة ، تم استخدام الكلوروفيل بنشاط في الطب. لقد عرف الناس منذ فترة طويلة أن الحيوانات المريضة تأكل غريزيًا الأوراق الخضراء من أجل علاج نفسها. وجد العلماء أن الكلوروفيل يشبه المادة الموجودة في خلايا الدم البشرية ويمكن أن يصنع معجزات حقيقية.

التمثيل الضوئي هو تخليق حيوي يتكون من تحويل الطاقة الضوئية إلى مركبات عضوية. يتم التقاط الضوء على شكل فوتونات بواسطة صبغة ملونة مرتبطة بمانح إلكترون غير عضوي أو عضوي ، ويسمح باستخدام المواد المعدنية لتخليق (إنتاج) المركبات العضوية.

بمعنى آخر ، ما هو التمثيل الضوئي - هذه هي عملية تصنيع المادة العضوية (السكر) من ضوء الشمس. يحدث هذا التفاعل على مستوى البلاستيدات الخضراء ، وهي عضيات خلوية متخصصة تسمح باستهلاك ثاني أكسيد الكربون والماء لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والجزيئات العضوية مثل الجلوكوز.

يتم على مرحلتين:

المرحلة الضوئية (الفسفرة الضوئية) - عبارة عن مجموعة من التفاعلات الكيميائية الضوئية المعتمدة على الضوء (أي التقاط الضوء) والتي يتم فيها نقل الإلكترونات من خلال كلا النظامين الضوئي (PSI و PSII) لإنتاج ATP (جزيء غني بالطاقة) و NADPHH (تقليل الإمكانات) .

وبالتالي ، فإن المرحلة الضوئية لعملية التمثيل الضوئي تسمح بالتحويل المباشر للطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية. من خلال هذه العملية أصبح لكوكبنا الآن جو غني بالأكسجين. نتيجة لذلك ، تمكنت النباتات الأعلى من السيطرة على سطح الأرض ، وتوفير الغذاء للعديد من الكائنات الحية الأخرى التي تتغذى أو تجد مأوى من خلاله. احتوى الغلاف الجوي الأصلي على غازات مثل الأمونيوم والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون ، ولكن القليل جدًا من الأكسجين. وجدت النباتات طريقة لتحويل غاز ثاني أكسيد الكربون بوفرة إلى طعام باستخدام ضوء الشمس.

تتوافق المرحلة المظلمة مع دورة كالفن الأنزيمية تمامًا والمستقلة عن الضوء ، حيث يتم استخدام ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP) و NADPH + H + (فوسفات النيكوتين أميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد) لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى كربوهيدرات. تسمح هذه المرحلة الثانية بامتصاص ثاني أكسيد الكربون.

أي ، في هذه المرحلة من التمثيل الضوئي ، بعد حوالي خمس عشرة ثانية من امتصاص ثاني أكسيد الكربون ، يحدث تفاعل تخليقي وتظهر المنتجات الأولى لعملية التمثيل الضوئي - السكريات: ثلاثيات ، خماسيات ، سداسيات ، سباعي. يتكون السكروز والنشا من سداسيات معينة. بالإضافة إلى الكربوهيدرات ، يمكن أن تتطور أيضًا إلى دهون وبروتينات من خلال الارتباط بجزيء النيتروجين.

توجد هذه الدورة في الطحالب والنباتات المعتدلة وجميع الأشجار ؛ تسمى هذه النباتات "نباتات C3" ، وهي أهم الأجسام الوسيطة في الدورة الكيميائية الحيوية ، وتحتوي على جزيء من ثلاث ذرات كربون (C3).

في هذه المرحلة ، يكون للكلوروفيل ، بعد امتصاص الفوتون ، طاقة 41 كيلو كالوري لكل مول ، وبعضها يتحول إلى حرارة أو مضان. أظهر استخدام الواسمات النظيرية (18O) أن الأكسجين المنطلق خلال هذه العملية يأتي من الماء المتحلل وليس من ثاني أكسيد الكربون الممتص.

يحدث التمثيل الضوئي بشكل رئيسي في أوراق النبات ونادرًا (أبدًا) في السيقان ، إلخ. تشمل أجزاء الورقة النموذجية ما يلي: البشرة العلوية والسفلية;

• ميسوفيل.
• حزمة الأوعية الدموية (الأوردة) ؛
• الثغور.

إذا لم تكن خلايا البشرة العلوية والسفلية من البلاستيدات الخضراء ، فلا يحدث التمثيل الضوئي. في الواقع ، تعمل بشكل أساسي كحماية لبقية الورقة.

الثغور هي ثقوب توجد بشكل رئيسي في البشرة السفلية وتسمح بتبادل الهواء (CO و O2). تشكل الحزم الوعائية (أو الأوردة) في الورقة جزءًا من نظام نقل النبات ، حيث تنقل الماء والمواد المغذية حول النبات حسب الحاجة. تحتوي خلايا الميزوفيل على بلاستيدات خضراء ، وهذا هو موقع التمثيل الضوئي.

آلية التمثيل الضوئي معقدة للغاية.. ومع ذلك ، فإن هذه العمليات في علم الأحياء لها أهمية خاصة. عند تعرضها لضوء قوي ، فإن البلاستيدات الخضراء (أجزاء الخلية النباتية التي تحتوي على الكلوروفيل) ، تدخل في تفاعل التمثيل الضوئي ، وتجمع بين ثاني أكسيد الكربون (CO) والماء العذب لتشكيل السكريات C6H12O6.

يتم تحويلها إلى نشا C6H12O5 أثناء التفاعل ، لمربع ديسيمتر مربع من سطح الورقة ، بمعدل 0.2 جرام من النشا في اليوم. العملية بأكملها مصحوبة بإطلاق قوي للأكسجين.

في الواقع ، تتكون عملية التمثيل الضوئي أساسًا من التحلل الضوئي لجزيء الماء.

صيغة هذه العملية هي:

6 H 2 O + 6 CO 2 + light \ u003d 6 O 2 + C 6 H 12 O 6

ماء + ثاني أكسيد الكربون + ضوء = أكسجين + جلوكوز

• H 2 O = ماء
• CO 2 = ثاني أكسيد الكربون
• O 2 = الأكسجين
• C 6 H 12 O 6 \ u003d جلوكوز

في الترجمة ، تعني هذه العملية: يحتاج النبات إلى ستة جزيئات من الماء + ستة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون والضوء للدخول في تفاعل. ينتج عن هذا تكوين ستة جزيئات من الأكسجين والجلوكوز في عملية كيميائية. الجلوكوز هو الجلوكوز، والتي يستخدمها النبات كمواد أولية لتخليق الدهون والبروتينات. ستة جزيئات من الأكسجين هي مجرد "شر لا بد منه" للنبات ، والذي ينقله إلى البيئة من خلال الخلايا المغلقة.

كما ذكرنا سابقًا ، تعد الكربوهيدرات أهم منتج عضوي مباشر لعملية التمثيل الضوئي في معظم النباتات الخضراء. يتكون القليل من الجلوكوز الحر في النباتات ؛ بدلاً من ذلك ، ترتبط وحدات الجلوكوز بتكوين النشا ، أو مجتمعة مع سكر الفواكه ، سكر آخر ، لتكوين السكروز.

ينتج التمثيل الضوئي أكثر من مجرد الكربوهيدرات.، كما كان يُعتقد سابقًا ، ولكن أيضًا:

• أحماض أمينية؛
• البروتينات.
• الدهون (أو الدهون) ؛
• أصباغ ومكونات عضوية أخرى للأنسجة الخضراء.

توفر المعادن العناصر (على سبيل المثال ، النيتروجين ، N ؛ الفوسفور ، P ، الكبريت ، S) اللازمة لتكوين هذه المركبات.

يتم تكسير الروابط الكيميائية بين الأكسجين (O) والكربون (C) والهيدروجين (H) والنيتروجين والكبريت ، وتتشكل المركبات الجديدة في المنتجات التي تشمل الأكسجين الغازي (O 2) والمركبات العضوية. لكسر الروابط بين الأكسجينوالعناصر الأخرى (مثل الماء والنترات والكبريتات) تتطلب طاقة أكبر مما يتم إطلاقها عند تكوين روابط جديدة في المنتجات. يفسر هذا الاختلاف في طاقة الربط الكثير من الطاقة الضوئية المخزنة كطاقة كيميائية في المنتجات العضوية التي تنتجها عملية التمثيل الضوئي. يتم تخزين طاقة إضافية عند تكوين جزيئات معقدة من جزيئات بسيطة.

العوامل المؤثرة على معدل التمثيل الضوئي

يتم تحديد معدل التمثيل الضوئي اعتمادًا على معدل إنتاج الأكسجين إما لكل وحدة كتلة (أو مساحة) من أنسجة النباتات الخضراء ، أو لكل وحدة وزن من إجمالي الكلوروفيل.

تعد كمية الضوء وإمدادات ثاني أكسيد الكربون ودرجة الحرارة وإمدادات المياه وتوافر المعادن من أهم العوامل البيئية التي تؤثر على معدل تفاعل التمثيل الضوئي في النباتات الأرضية. كما تتحدد سرعته حسب نوع النبات وحالته الفسيولوجية مثل صحته ونضجه وازدهاره.

يحدث التمثيل الضوئي حصريًا في البلاستيدات الخضراء (الكلور اليوناني = أخضر ، يشبه الصفيحة) للنبات. توجد البلاستيدات الخضراء في الغالب في الحواجز ، ولكن أيضًا في الأنسجة الإسفنجية. يوجد على الجانب السفلي من الورقة الخلايا التي تنسق تبادل الغازات. يتدفق ثاني أكسيد الكربون إلى الخلايا بين الخلايا من الخارج.

المياه اللازمة لعملية التمثيل الضوئي، ينقل النبات من الداخل عبر نسيج الخشب إلى الخلايا. يضمن الكلوروفيل الأخضر امتصاص أشعة الشمس. بعد تحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى أكسجين وجلوكوز ، تفتح الخلايا المغلقة وتطلق الأكسجين في البيئة. يبقى الجلوكوز في الخلية ويتم تحويله بواسطة النبات ، من بين أمور أخرى ، إلى نشا. تتم مقارنة القوة مع عديد السكاريد الجلوكوز وهي قابلة للذوبان بشكل طفيف فقط ، لذلك حتى في حالة فقد الماء العالي في قوة بقايا النباتات.

أهمية التمثيل الضوئي في علم الأحياء

من الضوء الذي تستقبله اللوح ، ينعكس 20٪ ، ينتقل 10٪ ويمتص 70٪ بالفعل ، منها 20٪ يتبدد في الحرارة ، 48٪ يضيع في التألق. حوالي 2٪ متبقية لعملية التمثيل الضوئي.

من خلال هذه العملية ، النباتاتتلعب دورًا لا غنى عنه على سطح الأرض ؛ في الواقع ، النباتات الخضراء مع بعض مجموعات البكتيريا هي الكائنات الحية الوحيدة القادرة على إنتاج المواد العضوية من العناصر المعدنية. تشير التقديرات إلى أنه في كل عام يتم إصلاح 20 مليار طن من الكربون بواسطة النباتات البرية من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي و 15 مليار طن من الطحالب.

النباتات الخضراء هي المنتجين الأساسيين ، الحلقة الأولى في السلسلة الغذائية ؛ تعتمد النباتات التي لا تحتوي على الكلوروفيل والحيوانات العاشبة والحيوانات آكلة اللحوم (بما في ذلك البشر) اعتمادًا تامًا على تفاعل التمثيل الضوئي.

تعريف مبسط لعملية التمثيل الضوئيهو تحويل الطاقة الضوئية من الشمس إلى طاقة كيميائية. يتم إنتاج هذا التركيب الحيوي للكربوهيدرات الضوئية من ثاني أكسيد الكربون CO2 باستخدام الطاقة الضوئية.

أي أن التمثيل الضوئي هو نتيجة النشاط الكيميائي (التخليق) لنباتات الكلوروفيل ، التي تنتج المواد العضوية الكيميائية الحيوية الرئيسية من الماء والأملاح المعدنية بسبب قدرة البلاستيدات الخضراء على التقاط جزء من طاقة الشمس.

التمثيل الضوئي عبارة عن مجموعة من العمليات لتكوين الطاقة الضوئية في طاقة الروابط الكيميائية للمواد العضوية بمشاركة الأصباغ الضوئية.

هذا النوع من التغذية نموذجي للنباتات وبدائيات النوى وبعض أنواع حقيقيات النوى أحادية الخلية.

في التركيب الطبيعي ، يتحول الكربون والماء ، بالتفاعل مع الضوء ، إلى جلوكوز وأكسجين حر:

6CO2 + 6H2O + طاقة ضوئية → C6H12O6 + 6O2

تتفهم فسيولوجيا النبات الحديثة في إطار مفهوم التمثيل الضوئي وظيفة التغذية الضوئية ، وهي مجموعة من عمليات امتصاص وتحويل واستخدام كمات الطاقة الضوئية في تفاعلات مختلفة غير عفوية ، بما في ذلك تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مادة عضوية.

المراحل

التمثيل الضوئي في النباتات يحدث في الأوراق عن طريق البلاستيدات الخضراء- عضيات ثنائية الغشاء شبه مستقلة تنتمي إلى فئة البلاستيد. مع الشكل المسطح لألواح الألواح ، يتم ضمان امتصاص عالي الجودة والاستخدام الكامل للطاقة الضوئية وثاني أكسيد الكربون. تأتي المياه اللازمة للتخليق الطبيعي من الجذور من خلال الأنسجة الموصلة للماء. يحدث تبادل الغازات عن طريق الانتشار عبر الثغور وجزئيًا من خلال البشرة.

تمتلئ البلاستيدات الخضراء بسدى عديم اللون وتتخللها صفائح ، والتي ، عند دمجها مع بعضها البعض ، تشكل الثايلاكويدات. هذا هو المكان الذي يحدث فيه التمثيل الضوئي. البكتيريا الزرقاء نفسها عبارة عن بلاستيدات خضراء ، لذلك لا يتم عزل جهاز التوليف الطبيعي فيها في عضية منفصلة.

تستمر عملية التمثيل الضوئي بمشاركة أصباغوالتي عادة ما تكون الكلوروفيل. تحتوي بعض الكائنات الحية على صبغة أخرى - كاروتينويد أو فيكوبيلين. تمتلك بدائيات النوى البكتيريا الصباغية ، وهذه الكائنات الحية لا تطلق الأكسجين عند الانتهاء من التوليف الطبيعي.

يمر التمثيل الضوئي بمرحلتين - الضوء والظلام. يتميز كل منهم بتفاعلات معينة ومواد متفاعلة. دعونا نفكر بمزيد من التفصيل في عملية مراحل التمثيل الضوئي.

مضيئة

المرحلة الأولى من عملية التمثيل الضوئيتتميز بتكوين منتجات عالية الطاقة ، وهي ATP ، مصدر طاقة خلوي ، و NADP ، عامل اختزال. في نهاية المرحلة ، يتكون الأكسجين كمنتج ثانوي. تحدث مرحلة الضوء بالضرورة مع ضوء الشمس.

تتم عملية التمثيل الضوئي في أغشية الثايلاكويد بمشاركة البروتينات الحاملة للإلكترون ، وتركيب ATP والكلوروفيل (أو أي صبغة أخرى).

يتشكل عمل السلاسل الكهروكيميائية ، التي يتم من خلالها نقل الإلكترونات وجزء من بروتونات الهيدروجين ، في مجمعات معقدة تتكون من أصباغ وإنزيمات.

وصف عملية طور الضوء:

1. عندما يضرب ضوء الشمس الصفائح الورقية للكائنات النباتية ، تتأثر إلكترونات الكلوروفيل في بنية الألواح ؛
2. في الحالة النشطة ، تترك الجزيئات جزيء الصباغ وتدخل الجانب الخارجي من الثايلاكويد ، وهو سالب الشحنة. يحدث هذا في وقت واحد مع الأكسدة والاختزال اللاحق لجزيئات الكلوروفيل ، والتي تأخذ الإلكترونات التالية من الماء الذي دخل الأوراق ؛
3. ثم يحدث التحلل الضوئي للماء مع تكوين الأيونات التي تتبرع بالإلكترونات وتتحول إلى جذور OH التي يمكن أن تشارك في التفاعلات في المستقبل ؛
4. ثم تتحد هذه الجذور لتشكل جزيئات الماء والأكسجين الحر المتسرب إلى الغلاف الجوي ؛
5. يكتسب غشاء الثايلاكويد ، من ناحية ، شحنة موجبة بسبب أيون الهيدروجين ، ومن ناحية أخرى ، شحنة سالبة بسبب الإلكترونات ؛
6. بفارق 200 مللي فولت 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 NADP H2 ؛

بينما يتم إطلاق الأكسجين الحر في الغلاف الجوي أثناء التفاعلات ، يشارك ATP و NADP H2 في المرحلة المظلمة من التوليف الطبيعي.

مظلم

عنصر إلزامي لهذه المرحلة هو ثاني أكسيد الكربون.، والتي تمتصها النباتات باستمرار من البيئة الخارجية من خلال الثغور في الأوراق. تحدث عمليات المرحلة المظلمة في سدى البلاستيدات الخضراء. نظرًا لعدم الحاجة إلى الكثير من الطاقة الشمسية في هذه المرحلة وسيكون هناك ما يكفي من ATP و NADP H2 خلال مرحلة الضوء ، يمكن أن تستمر التفاعلات في الكائنات الحية ليلاً ونهارًا. العمليات في هذه المرحلة أسرع مما كانت عليه في السابق.

يتم تقديم إجمالي جميع العمليات التي تحدث في المرحلة المظلمة كنوع من سلسلة التحولات المتتالية لثاني أكسيد الكربون القادمة من البيئة الخارجية:

1. أول رد فعل في مثل هذه السلسلة هو تثبيت ثاني أكسيد الكربون. يساهم وجود إنزيم RiBP-carboxylase في التدفق السريع والسلس للتفاعل ، مما يؤدي إلى تكوين مركب من ستة كربون ، يتحلل إلى جزيئين من حمض الفوسفوجليسيريك ؛
2. ثم تحدث دورة معقدة إلى حد ما ، بما في ذلك عدد معين من التفاعلات ، وبعد ذلك يتم تحويل حمض الفوسفوجليسيريك إلى سكر طبيعي - جلوكوز. هذه العملية تسمى دورة كالفين.

إلى جانب السكر ، يحدث أيضًا تكوين الأحماض الدهنية والأحماض الأمينية والجلسرين والنيوكليوتيدات.

جوهر التمثيل الضوئي

من جدول المقارنات بين مراحل الضوء والظلام للتوليف الطبيعي ، يمكن للمرء أن يصف بإيجاز جوهر كل منها. تحدث المرحلة الضوئية في حبيبات البلاستيدات الخضراء مع التضمين الإجباري للطاقة الضوئية في التفاعلات. تتضمن التفاعلات مكونات مثل البروتينات الحاملة للإلكترون ، وتركيب ATP والكلوروفيل ، والتي عند التفاعل مع الماء ، تشكل الأكسجين الحر ، ATP و NADP H2. بالنسبة إلى المرحلة المظلمة التي تحدث في سدى البلاستيدات الخضراء ، فإن ضوء الشمس ليس ضروريًا. ATP و NADP H2 اللذان تم الحصول عليهما في المرحلة الأخيرة ، عند التفاعل مع ثاني أكسيد الكربون ، يشكلان السكر الطبيعي (الجلوكوز).

كما يتضح مما سبق ، يبدو أن التمثيل الضوئي هو ظاهرة معقدة ومتعددة المراحل ، بما في ذلك العديد من التفاعلات التي تشارك فيها مواد مختلفة. نتيجة للتوليف الطبيعي ، يتم الحصول على الأكسجين الضروري لتنفس الكائنات الحية وحمايتها من الأشعة فوق البنفسجية من خلال تكوين طبقة الأوزون.