تمثيل ضوئي

عملية التمثيل الضوئي.

صورة مركبة توضح التوزيع العالمي للتمثيل الضوئي. تضم العوالق النباتية والغطاء النباتي الأرضي.

التمثيل الضوئي أوالتخليق الضوئي Photosynthesis هومسار مسار إستقلابي وفيه يتحول ثاني أكسيد الكربون الى مركب عضوي ، وعلى وجه الخصوص السكر، مستعملاً الطاقة من ضوء الشمس. Photosynthesis occurs in نباتات، طحالب، وسلالات من البكتيريا، ولكن ليس عتائق أوميكروبات أصلية عتيقة. جراثيم التخليق الضوئى يطلق عليها photoautotroph, ولكن ليس جميع الميكروبات التى تستخدم الضوء كمصدر للطاقة تقوم بعملية التخليق الضوئى , حيث حتى photoheterotroph تستخدم مركبات عضوية , أكتر من إستخدامها ثانى أكسيد الكربون كمصدر للكربون , . في النباتات ,الطحالب cyanobacteria التخليق الضوئي , يستخدم ثاني أكسيد الكربون , الماء, مطلقا الأكسيجين كناتج تفاعلى. التخليق الضوئى هومهم بإلحاح للحياة الحياة على الأرض, حيث يقوم بتوفير مستويات من الأكسيجين في الغلاف الجوي, تقريبا جميع صور الحياة تعتمد عليه كصورة من صور الطاقة, بطريقة مباشرة أوغير مباشرة, كالمصدر الوحيد للطاقة, في غذائها . The كميات الطاقة التى يتم إختزانهابواسطة التخليق الضوئى هى كميات عظيمة , تقر يبا 100 terawatts جميع عام: وهوتقريباً أكبر سبعة أمثال أكثر من مصادر الطاقة في العام، والإستهلاك إستهلاك الطاقة للحضارة البشرية. , ميكروبات التخليق الضوئي تحول نحو100,000,000,000 tonnes من الكربون الى كتلة حيوية جميع عام.

ورغم حتى التخليق الضوئي يمكن حتى يحدث بصور عديدة في فصائل مختلفة, جميع الصفات تقريبا متشابهة. فمثلا، تبدأ العملية دائما حين تمتص الطاقة الضوئية بواسطة بروتينات يطلق عليها مركز تفاعل التخليق الضوئي التى تحتوى على الكلوروفيل. في النباتات هذه البروتينات تحبس داخل أورجانيللات تدعى كلوروبلاست، بينما في البكتيريا فإنها تكون متأصلة أومتواجدة في غشاء البلازما. حتى جزءا من الطاقة الضوئية المكون بواسطة الكلوروفيل يختزن في صورة أدينوزين تراى فوسفات (ATP). والجزء من الطاقة المتبقى يستخدم لإزالة الإلكترونات من مادة مثل الماء. ومن ثم تستعمل تلك الإليكترونات في التفاعلات التى تحول ثانى أكسيد الكربون إلى مركبات عضوية. في النباتات، والطحالب والبكتيريا الزرقاء أوالطحالب الزرقاء وهذه التفاعلات يطلق عليها دورة كالڤين، ولكن أشكال أخرى من التفاعلات، يمكن حتى توجد في البكتيريا، مثل دورة كريبس العكسية في Chlorobium أوبكتيريا الكبريت الأخضر. أغلب ميكروبات التخليق الضوئي تمتلك موائمةadaptation التى هجرز بواسطتها أوتخزن ثانى أكسيد الكربون، وهذا يساعد في تقليل الفاقد ويسمى photorespiration الذى يفترض أن يستهلك جزء من السكريات التى نتجت خلال عمليةالتخليق الضوئي.

يتم التمثيل الضوئي في النباتات عن طريق استخدام الماء والضوء وثاني أكسيد الكربون حيث ينتج عنها نموتلك النباتات وإطراح الأوكسجين.

وتحتاج النباتات للقيام بهذه العملية إلى مادة الكلوروفيل التي تعطي النباتات لونها الأخضر.

الورقة هي العضوالرئيسي الذي يقوم بالهجريب الضوئي في النباتات العليا. لذا، لا بد للورقة حتى تستهلك ثاني أكسيد الكربون وتحتوي على اليخضور وأن تتكيف لاستقبال الشمس لتنتج السكريات وينتقل منها للأجزاء الأخرى من النبات أوتخزينه وتطرح الأكسجين.

يحدث الهجريب الضوئي في حقيقيات النوى في عضيات تدعى الصانعات اليخضورية موزعة في السيتوبلازما بأعداد تتراوح ما بين الواحد كما في الكلاميدوموناس والكلوريلا إلى نحو100 في خلايا النسيج الأوسط الحباكية. وتكون الصانعات اليخضورية عادة في النباتات العليا محدبة الوجهين وفق مبتر عرضي ودائرية وفق مظهر سطحي.

التعريف

الهجريب الضوئي عملية إنتاج الطعام التي تحدث في النباتات الخضراء وهي الوظيفة الأساسية لأوارق النباتات. تستخدم النباتات الخضراء الطاقة من الضوء، لهجريب ثاني أكسيد الكربون مع الماء، لصنع السكر، والمركبات الكيميائية الأخرى. وكل طعامنا يأتي من هذا النشاط الهام المتمثل في تحويل الطاقة في النباتات الخضراء. وفي هذه العملية يتم تحويل طاقة الضوء إلى طاقة كيميائية تخزن في الطعام الذي تنتجه النباتات الخضراء. وتأكل الحيوانات النباتات، ونأكل نحن المنتجات الحيوانية وكذلك النباتات.

يمتص خِضَابْ أخضر يسمى اليَخضُوْر (الكلوروفيل) الضوء المستخدم في الهجريب الضوئي. وتحتوي جميع خلية إنتاج طعام في ورقة النبات على اليَخضُوْر في جسيمات صغيرة تسمى حبيبات اليَخضُوْر. وفي حبيبات اليَخضُوْر تتسبب طاقة الضوء في تفتيت الماء المسحوب من التربة وتحويله إلى هيدروجين وأكسجين في سلسلة من المراحل المعقدة. ويمتزج الهيدروجين مع ثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء، مكونين سكراً بسيطاً. ويتم إطلاق الأكسجين من جزئيات الماء أثناء العملية. ومن السكر، بالإضافة إلى النيتروجين، والكبريت، والفوسفور، من التربة، يمكن للنباتات الخضراء حتى تُنتج النشا، والدهن، والبروتين، والفيتامينات، ومركبات معقدة أخرى ضرورية للحياة. ويوفر الهجريب الضوئي الطاقة الكيميائية المطلوبة لإنتاج هذه المركبات.

وهناك أنواع من البكتيريا والطحالب يمكنها حتى تحفظ طاقة الضوء وتستعملها لصنع الطعام. تحتوي بكتيريا الهجريب الضوئي، على سبيل المثال، على اليخضور في جسيمات دقيقة تسمى الخلايا الملونة. وفي هذه الخلايا تتحد مركبات غير الماء بثاني أكسيد الكربون لتكوّن سكرًا. ولا ينطلق عن هذا غاز الأكسجين.

وتحوِّل النباتات الخضراء ثاني أكسيد الكربون والماء إلى غذاء وأكسجين. و"تحرق" النباتات والحيوانات الطعام بتوحيده مع الأكسجين لإطلاق الطاقة للنمووغيره من النشاطات. هذه العملية التي تدعى التنفس، هي عكس الهجريب الضوئي. فالأكسجين يُستهلك، وينتج ثاني أكسيد الكربون والماء. ثم تستخدم النباتات ثاني أكسيد الكربون مع الماء لإعطائنا طعامًا أكثر وأكسجين. وتحافظ دورة عملية الهجريب الضوئي والتنفس على التوازن الطبيعي في الأرض لثاني أكسيد الكربون والأكسجين.

نظرة عامة

المعادلة العامة للتمثيل الضوئي، هي:

6 CO_2(gas) + 12 H₂O_(liquid) + photons → C₆H₁₂O_6(aqueous) +ستة O_2(gas) +ستة H₂O_(liquid)

ثاني أكسيد الكربون + ماء + طاقة ضوئية → گلوكوز + أكسجين + ماء

تمثل المعادلة في النصوص الكيميائية التمهيدية بالشكل المبسط التالي:

6 CO_2(غاز) +ستة H₂O_(سائل) + الفوتونات → C₆H₁₂O_6(مائي) +ستة O_2(غاز)

في النباتات

6 CO₂ + 12 H₂O → C₆H₁₂O₆ +ستة O₂ +ستة H₂O

2 H₂O + 2 NADP⁺ + 2 ADP + 2 P_i + light → 2 NADPH + 2 H⁺ + 2 ATP + O₂

من أشهرها، استخدام النباتات للطاقة الكيميائية لتثبيت ثاني أكسيد الكربون إلى كربوهيدرات ومركبات عضوية أخرى عن طريق التفاعلات الضوئية. المعادلة العامة لتثبيت ثاني أكسيد الكربون (يشار إليها أحيانأً بتقليل الكربون) في النباتات الخضراء، هي:

3 CO₂ +تسعة ATP +ستة NADPH +ستة H⁺ → C₃H₆O₃-phosphate +تسعة ADP +ثمانية P_i +ستة NADP⁺ + ثلاثة H₂O

في الطحالب والبكتريا

التطور

خلايا نباتية ذات بلاستيدات خضراء مرئية.

نشأة البلاستيدات الخضراء

البكتريا الزرقاء وتطور التمثيل الضوئي

الانتاج الجزيئي

Ligالتفاعلات الضوئية للتمثيل الضوئي في غشاء الثايلاكويد.

تحويل الضواء إلى طاقة كيميائية

المخطط زد

A Photosystem: A light-harvesting cluster of photosynthetic pigments present in the thylakoid membrane of chloroplasts.

المخطط "زد"

التحلل الضوئي المائي

التأثيرات الميكانيكية الكمومية

الأكسجين والتمثيل الضوئي

التغايرات البكتيرية

تثبيت الكربون

نظرة عامة على دورة كالڤن وتثبيت الكربون.

C₄، C₃ and CAM

نظرة عامة على C4 carbon fixation

2 H₂O + 2 A + (الضوء، البلاستيدات الخضراء) → 2 AH₂ + O₂

عندما تكون A قابلة للإلكترون. بالتالي، يقل مستقبل الإلكترون في الضوء ويزيد الأكسجين.

العوامل

هذه هي العوامل الثلاث الرئيسية التي تؤثر على التمثيل الضوئي والكثير من العوامل البديهية. العوامل الثلاث الرئيسية هم:

تشعيع وطول الموجة الضوء
هجريز ثاني أكسيد الكربون
درجة الحرارة.

شدة الضوء (التشعيع)، طول الموجة ودرجة الحرارة

مستويات ثاني أكسيد الكربون والتنفس الضوئي

ملخص مبسط:

2 گليوكات + ATP → 3-phophoglycerate + ثاني أكسيد الكربون + ADP +NH₃

انظر ايضاً

الأشجار
الغابات
تمثيل ضوئي اصطناعي
دورة كالڤن-بنسون
تثبيت الكربون
تنفس خلوي
تفاعل ضوئي
Photoinhibition
Photosynthetic reaction center
Photosynthetically active radiation
أحياء كمومية
الحافة الحمراء

الهوامش

^ Smith, A. L. (1997). Oxford dictionary of biochemistry and molecular biology. Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press. p. 508. ISBN . Photosynthesis - التخليق بواسطة العضيات الدققة للمركبات العضوية الكيمائية، خاصة السكاكر، من ثاني أكسيد الكربون مستخدماً الطاقة من ضوء الشمش، وليس عن طريق الأكسدة لمركبات كيمائية.
^ D.A. Bryant & N.-U. Frigaard (2006). "Prokaryotic التخليق الضوئى and". Trends Microbiol. 14 (11): 488. doi:10.1016/j.tim.2006.09.001. Unknown parameter |month= ignored (help)
^ Nealson KH, Conrad PG (1999). "Life: past, الحاضر والمستقبل". Philos. Trans. R. Soc. Lond., B, Biol. Sci. 354 (1392): 1923–39. doi:10.1098/rstb.1999.0532. PMC 1692713. PMID 10670014. Unknown parameter |month= ignored (help)
^ "الإستهلاك العالمى للطاقة الأولية مصنفة حسب نوع الطاقة وومجموعات سكانية(دولية )مختارة Country Groups , 1980-2004" (XLS). Energy Information Administration. July 31, 2006. Unknown parameter |access date= ignored (|access-date= suggested) (help)
^ Field CB, Behrenfeld MJ, Randerson JT, Falkowski P (1998). "Primary production of the biosphere: integrating terrestrial and oceanic components". Science (journal). 281 (5374): 237–40. doi:10.1126/science.281.5374.237. PMID 9657713. Unknown parameter |month= ignored (help)CS1 maint: multiple names: authors list (link)
^ Brown, LeMay, Burslen, Chemistry The Central Science, ISBN 0-13-048450-4, p. 958
^ Raven, Peter H. (2005). Biology of Plants, 7th Edition. New York: W.H. Freeman and Company Publishers. pp. 124–127. ISBN . Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help) خطأ استشهاد: وسم <ref> غير صالح؛ الاسم "Raven" معهد أكثر من مرة بمحتويات مختلفة.

المراجع

Blankenship, R.E., 2002. Molecular Mechanisms of Photosynthesis. Blackwell Science.
Campbell, N., & Reece, J., 2005. Biology 7th ed. San Francisco: Benjamin Cummings.
Gregory, R.P.F., 1971. Biochemistry of Photosynthesis. Belfast: Universities Press.
Govindjee, 1975. Bioenergetics of Photosynthesis. New York: Academic Press.
Govindjee; Beatty, J.T., Gest, H. and Allen, J.F. (Eds.), 2005. Discoveries in Photosynthesis. Advances in Photosynthesis and Respiration, Volume 20, Springer.
Rabinowitch, E. and Govindjee., 1969. Photosynthesis. New York: John Wiley & Sons, Inc.
Stern, Kingsley R., Shelley Jansky, James E Bidlack, 2003. Introductory Plant Biology. McGraw Hill. ISBN 0-07-290941-2

المصادر

الموسوعة المعهدية الكاملة

وصلات خارجية

Liverpool John Moores University, Dr.David Wilkinson
Metabolism, Cellular Respiration and Photosynthesis - The Virtual Library of Biochemistry and Cell Biology
Overall examination of Photosynthesis at an intermediate level
Overall Energetics of Photosynthesis