• ما هو التمثيل الضوئي؟
• أنواع التمثيل الضوئي
• خصائص التمثيل الضوئي
• معادلة التمثيل الضوئي
• مراحل البناء الضوئي
• أهمية التمثيل الضوئي

نفسر ما هو التمثيل الضوئي وخصائصه ومعادلته ومراحله. أيضا ، لماذا هو مهم للنظم البيئية في العالم.

التمثيل الضوئي هو آلية التغذية الرئيسية للنباتات والكائنات ذاتية التغذية الأخرى.

ما هو التمثيل الضوئي؟

التمثيل الضوئي هو عملية كيميائية حيوية يتم بواسطتها النباتاتوالطحالب و بكتيريا تحويل ضوئي مواد غير عضوية (ثاني أكسيد الكربون والماء) في مواد عضوية (السكريات) ، والاستفادة من طاقة قادم من ضوء الشمس. هذه هي الآلية الرئيسية ل تغذية من كل الكائنات ذاتية التغذية التي تحتوي على الكلوروفيل ، وهو الصباغ الأساسي لعملية التمثيل الضوئي.

تشكل عملية التمثيل الضوئي إحدى أهم الآليات البيوكيميائية على هذا الكوكب لأنها تنطوي على تصنيع العناصر الغذائية العضوية التي تخزن الطاقة الضوئية قادم من شمس غير مبال الجزيئات مفيد (كربوهيدرات). في الواقع ، يأتي اسم هذه العملية من الأصوات اليونانية صورة فوتوغرافية، "ضوء و نتيجة الجمع بين الطريحة والنقيضة، "تعبير".

بعد البناء الضوئي ، يمكن استخدام الجزيئات العضوية المركبة كمصدر الطاقة الكيميائية لدعم العمليات الحيوية ، مثل التنفس الخلوي وردود الفعل الأخرى التي تشكل جزءًا من التمثيل الغذائي التابع كائنات حية.

لإجراء عملية التمثيل الضوئي ، يلزم وجود الكلوروفيل ، وهو صبغة حساسة لأشعة الشمس ، والتي تعطي النباتات والطحالب لونها الأخضر المميز. تم العثور على هذا الصباغ في البلاستيدات الخضراء ، العضيات الخلوية ذات الأحجام المختلفة التي هي نموذجية من خلايا الخضاروخاصة الخلايا الورقية (من الأوراق). تحتوي البلاستيدات الخضراء على مجموعة من بروتين ص الانزيمات التي تسمح بتطوير تفاعلات معقدة تشكل جزءًا من عملية التمثيل الضوئي.

عملية التمثيل الضوئي ضرورية لـ النظام البيئي وللحصول على الحياة كما نعرفها ، لأنها تسمح بتكوين المادة العضوية وتداولها وتثبيت المواد غير العضوية. بالإضافة إلى ذلك ، أثناء عملية التمثيل الضوئي للأكسجين ، يتم إنتاج الأكسجين الذي تحتاجه معظم الكائنات الحية لإنتاجها. عمليه التنفس.

أنواع التمثيل الضوئي

يمكن التمييز بين نوعين من التمثيل الضوئي ، اعتمادًا على المواد التي يستخدمها الجسم لإجراء التفاعل:

• التمثيل الضوئي الأكسجين. يتميز باستخدام ماء (H2O) للحد من نشبع (CO2) مستهلكة. في هذا النوع من التمثيل الضوئي ، لا يتم إنتاج السكريات المفيدة للجسم فحسب ، بل يتم أيضًا الحصول على الأكسجين (O2) كمنتج للتفاعل. تقوم النباتات والطحالب والبكتيريا الزرقاء بعملية التمثيل الضوئي للأكسجين.
• التمثيل الضوئي غير المؤكسد. لا يستخدم الجسم الماء لتقليل ثاني أكسيد الكربون (CO2) ، ولكن بدلاً من ذلك يستخدم ضوء الشمس لتفكيك جزيئات كبريتيد الهيدروجين (H2S) أو غاز الهيدروجين (H2). لا ينتج هذا النوع من التمثيل الضوئي الأكسجين (O2) وبدلاً من ذلك يطلق الكبريت كمنتج للتفاعل. يتم إجراء التمثيل الضوئي غير المؤكسد بواسطة ما يسمى بكتيريا الكبريت الخضراء والأرجوانية ، والتي تحتوي على أصباغ التمثيل الضوئي مجمعة تحت اسم جرثومة الكلوروفيل ، والتي تختلف عن الكلوروفيل في النباتات.

خصائص التمثيل الضوئي

في النباتات والطحالب ، يحدث التمثيل الضوئي في عضيات تسمى البلاستيدات الخضراء.

بشكل عام ، يتميز التمثيل الضوئي بما يلي:

• إنها عملية كيميائية حيوية للاستفادة من ضوء الشمس للحصول على مركبات عضوية ، أي تخليق العناصر الغذائية من العناصر غير العضوية مثل الماء (H2O) وثاني أكسيد الكربون (CO2).
• يمكن أن يؤديها مختلف الكائنات ذاتية التغذيةطالما أنها تحتوي على أصباغ ضوئية (والأهم هو الكلوروفيل). إنها عملية تغذية النباتات (الأرضية والمائية) والطحالب ، العوالق النباتيةوالبكتيريا الضوئية. بعض قليل الحيوانات قادرة على التمثيل الضوئي ، بما في ذلك سبيكة البحر إليسيا كلوروتيكا والسمندر المرقط Ambystoma maculatum (هذا الأخير يفعل ذلك بفضل تكافل مع الأعشاب البحرية).
• في النباتات والطحالب ، يحدث التمثيل الضوئي في عضيات متخصصة تسمى البلاستيدات الخضراء ، والتي يوجد فيها الكلوروفيل. تمتلك بكتيريا التمثيل الضوئي أيضًا الكلوروفيل (أو أصباغ أخرى مماثلة) ، لكنها لا تحتوي على البلاستيدات الخضراء.
• هناك نوعان من التمثيل الضوئي ، اعتمادًا على المادة المستخدمة لإصلاح الكربون من ثاني أكسيد الكربون (CO2). يستخدم التمثيل الضوئي الأكسجين الماء (H2O) وينتج الأكسجين (O2) ، والذي يتم إطلاقه في البيئة المحيطة. يستخدم التمثيل الضوئي غير المؤكسد كبريتيد الهيدروجين (H2S) أو غاز الهيدروجين (H2) ، ولا ينتج الأكسجين ولكنه يطلق الكبريت بدلاً من ذلك.
• منذ اليونان القديمة ، كانت العلاقة بين ضوء الشمس والنباتات مفترضة بالفعل. ومع ذلك ، فإن التقدم في دراسة وفهم التمثيل الضوئي بدأ يكتسب أهمية بفضل مساهمات مجموعة متعاقبة من العلماء من القرنين الثامن عشر والتاسع عشر والعشرين. على سبيل المثال ، كان أول من أظهر توليد الأكسجين في النباتات هو رجل الدين الإنجليزي جوزيف بريستلي (1732-1804) وأول من صاغ المعادلة الأساسية لعملية التمثيل الضوئي كان عالم النبات الألماني فرديناند ساكس (1832-1897). في وقت لاحق ، البيوكيميائية قدم الأمريكي ملفين كالفين (1911-1997) مساهمة هائلة أخرى ، موضحًا دورة كالفين (إحدى مراحل البناء الضوئي) ، والتي أكسبته جائزة نوبل عن كيمياء في عام 1961.

معادلة التمثيل الضوئي

المعادلة العامة لعملية التمثيل الضوئي للأكسجين هي كما يلي:

الطريقة الصحيحة لصياغة هذه المعادلة كيميائيًا ، أي المعادلة المتوازنة لهذا التفاعل ، هي كما يلي:

مراحل البناء الضوئي

تحدث المرحلة الكيميائية الضوئية لعملية التمثيل الضوئي في وجود ضوء الشمس.

يحدث التمثيل الضوئي كعملية كيميائية في مرحلتين مختلفتين: مرحلة الضوء (أو الضوء) والمرحلة المظلمة ، وهذا ما يسمى لأن الأولى فقط هي التي تشارك بشكل مباشر في وجود ضوء الشمس (وهذا لا يعني أن الثانية تحدث بالضرورة في الظلام ).

• المرحلة الخفيفة أو الكيميائية الضوئية. خلال هذه المرحلة ، تحدث تفاعلات تعتمد على الضوء داخل النبات ، أي أن النبات يلتقط طاقة شمسية عن طريق الكلوروفيل ويستخدم لإنتاج ATP و NADPH. يبدأ كل شيء عندما يتلامس جزيء الكلوروفيل مع الإشعاع الشمسي و الإلكترونات من قذائفها الخارجية متحمسة ، مما يولد سلسلة نقل الإلكترون (على غرار كهرباء) ، والذي يستخدم لتوليف ATP (أدينوزين ثلاثي الفوسفات) و NADPH (فوسفات النيكوتين أدينين ثنائي النوكليوتيد). يسمح انهيار جزيء الماء في عملية تسمى "التحلل الضوئي" لجزيء الكلوروفيل باستعادة الإلكترون الذي فقده عند الإثارة (يلزم إثارة العديد من جزيئات الكلوروفيل لتنفيذ المرحلة الضوئية). نتيجة للتحلل الضوئي لجزيئين من الماء ، يتم إنتاج جزيء الأكسجين الذي يتم إطلاقه إلى أجواء كمنتج ثانوي لهذه المرحلة من التمثيل الضوئي.
• المرحلة المظلمة أو الاصطناعية. خلال هذه المرحلة ، التي تحدث في المصفوفة أو السدى للبلاستيدات الخضراء ، يستخدم النبات ثاني أكسيد الكربون ويستفيد من الجزيئات المتولدة خلال المرحلة السابقة (الطاقة الكيميائية) لتخليق مواد المواد العضوية من خلال دائرة من التفاعلات الكيميائية المعقدة للغاية والمعروفة باسم دورة كالفين بنسون. خلال هذه الدورة ، ومن خلال تدخل إنزيمات مختلفة ، مكونة سابقًا ATP و NADPH ، يتم تصنيع الجلوكوز من ثاني أكسيد الكربون الذي يأخذه النبات من الغلاف الجوي. دمج ثاني أكسيد الكربون في مجمعات سكنية يُعرف العضوي باسم تثبيت الكربون.

أهمية التمثيل الضوئي

يطلق التمثيل الضوئي الأكسجين في الغلاف الجوي والماء.

التمثيل الضوئي هو عملية حيوية ومركزية في المحيط الحيوي لأسباب متعددة. الأول والأكثر وضوحًا هو أنه ينتج الأكسجين (O2) ، وهو غاز أساسي للتنفس في الماء والماء. هواء. بدون نباتات ، معظم الكائنات الحية (بما في ذلك كائن بشري) لم يتمكنوا ببساطة من البقاء على قيد الحياة.

من ناحية أخرى ، من خلال امتصاصه من البيئة المحيطة ، تقوم النباتات بإصلاح ثاني أكسيد الكربون (CO2) وتحويله إلى مادة عضوية. هذا الغاز ، الذي نخرجه عندما نتنفس ، من المحتمل أن يكون سامًا إذا لم يتم الاحتفاظ به ضمن حدود معينة.

لأن النباتات تستخدم ثاني أكسيد الكربون في صنعها غذاءويؤثر تناقص الحياة النباتية على الكوكب في زيادة هذا الغاز في الغلاف الجوي حيث يعمل كعامل ل الاحتباس الحرارى. على سبيل المثال ، يعمل ثاني أكسيد الكربون كغاز من الاحتباس الحراري، منع الزائدة الحرارة التي تصل إلى الارض يشع من الغلاف الجوي. تشير التقديرات إلى أن كائنات التمثيل الضوئي تثبت كل عام كمواد عضوية حوالي 100000 مليون طن من الكربون.