إذا حصلت الحيوانات والبشر على الطاقة من الكائنات الحية الأخرى من خلال الغذاء ، فإن النباتات هي كائنات قادرة على توفير طعامها. هذه العملية تسمى التمثيل الضوئي.
لقد تعلمنا ذات مرة أن الكلوروفيل في النباتات هو ما يسمح لها بالبناء الضوئي. التمثيل الضوئي هو عملية الابتنائية ، وهي عملية ترتيب أو توليف الجزيئات المعقدة من مختلف الجزيئات البسيطة. ومن ثم ، يشار إلى الابتنائية أيضًا باسم الاستيعاب أو التوليف. بصرف النظر عن عملية التمثيل الضوئي ، فإن عملية الابتنائية الأخرى هي التركيب الكيميائي.
على الرغم من أن بعض الكائنات الحية فقط تحتوي على الكلوروفيل ، فإن عملية التمثيل الضوئي مهمة جدًا للنظام البيئي لأن النباتات هي المصدر الرئيسي لجميع الأطعمة على الأرض. ستتم معالجة الطاقة الشمسية التي تلتقطها الكائنات ذاتية التغذية وتحويلها إلى طعام. يطلق التمثيل الضوئي أيضًا الأكسجين في الغلاف الجوي ، بحيث تكون الكائنات الحية ، بما في ذلك البشر ، قادرة على التنفس.
كيف يحدث التمثيل الضوئي؟
لكن كيف تحدث عملية التمثيل الضوئي؟ من الاسم ، تعني الصورة استخدام الضوء ، بينما يعني التوليف الإنتاج. بمعنى ، يتم تحويل الجزيئات البسيطة بعد ذلك إلى جزيئات معقدة باستخدام الطاقة الشمسية.
تقوم عملية التمثيل الضوئي بتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى طاقة على شكل كربوهيدرات وأكسجين باستخدام الكلوروفيل وأشعة الشمس.
(اقرأ أيضًا: تعرف على خصائص وأنواع الخلايا النباتية)
تحدث هذه العملية في الأوراق الخضراء ، وبالتحديد في خلايا الميزوفيل. في خلايا الميزوفيل ، توجد البلاستيدات الخضراء وفيها توجد جرانا. يحدث التمثيل الضوئي أيضًا في السيقان الخضراء وبعض أجزاء الأزهار.
يوجد على سطح الورقة نصف مليون بلاستيدات خضراء لكل متر مربع. يصل ثاني أكسيد الكربون إلى البلاستيدات الخضراء عبر الثغور ، بينما يمر الماء عبر عروق الأوراق. يوجد أدناه مخطط للبلاستيدات الخضراء وعضياتها.
(صورة)
يمكن أن يحدث التمثيل الضوئي فقط في الكائنات الحية التي تحتوي على الكلوروفيل. الكلوروفيل هو صبغة نباتية توجد في البلاستيدات الخضراء ويمكن أن تكون بكتيرية كلوروفيل أ ، ب ، ج ، د ، هـ ، وبكتريوفيريدين. تم العثور على الكلوروفيل أ و ب فقط في النباتات العليا. يوضح الجدول أدناه الاختلافات في الكلوروفيل أ وب.
(الطاولة)
تتضمن عملية التمثيل الضوئي سلسلتين متتاليتين من التفاعلات ، وهما تفاعل الضوء ورد الفعل المظلم. كما يوحي الاسم ، فإن التفاعل المعتمد على الضوء يسمى أيضًا رد فعل هيل. وفي الوقت نفسه ، لا تعتمد التفاعلات المظلمة على الضوء ويشار إليها بدورة كالفين بنسون.
تشمل مراحل تفاعل الضوء امتصاص الضوء ونقل الإلكترون ، وتقسيم الماء ، وتكوين وسيط ATP عالي الطاقة (الفسفرة الضوئية). ثم يتم استخدام نتائج تفاعل الضوء في التفاعل المظلم ، أي مرحلة التخليق الحيوي.
التفاعل المظلم هو جزء اصطناعي من عملية التمثيل الضوئي ، مما يعني أن تكوين الطاقة يحدث في التفاعل المظلم. يحدث التفاعل المظلم في السدى بواسطة سلسلة من الإنزيمات المحفزة. رد فعل الظلام إصلاحات CO 2 ويجمع الكربوهيدرات أو السكريات. يعتمد التفاعل المظلم أيضًا على نتائج تفاعل الضوء ، وهي ATP و NADPH.
يعتبر التفاعل المظلم أيضًا مسارًا لتثبيت الكربون في الظلام من خلال المركبات الوسيطة التي تسبب تكوين السكريات والنشويات. استخدم Melvin Calvin وزملاؤه المشع 14 CO 2 في عملية التمثيل الضوئي لـ Clorella sp. (الطحالب الخضراء وحيدة الخلية). ثم يتم الكشف عن مسار تثبيت الكربون بمساعدة تقنيات التتبع الإشعاعي. يبدو أن هذا يحدث في جميع نباتات التمثيل الضوئي. فيما يلي مخطط للتفاعل المظلم أو دورة كالفين.
(رسم بياني)
