عملية تحويل الطاقة الإشعاعية القادمة من الشمس إلى طاقة كيميائية باستخدام الأخيرة في تخليق الكربوهيدرات من ثاني أكسيد الكربون. هذه هي الطريقة الوحيدة لالتقاط الطاقة الشمسية واستخدامها للحياة على كوكبنا.

يتم التقاط وتحويل الطاقة الشمسية بواسطة مجموعة متنوعة من الكائنات الحية التي تقوم بالتمثيل الضوئي (الكائنات الضوئية ذاتية التغذية). وتشمل هذه الكائنات متعددة الخلايا (النباتات الخضراء العليا وأشكالها السفلية - الطحالب الخضراء والبنية والحمراء) والكائنات وحيدة الخلية (الأويجلينا والدينوفلاجيلات والدياتومات). مجموعة كبيرة من الكائنات الحية التي تقوم بالتمثيل الضوئي هي بدائيات النوى - الطحالب الخضراء المزرقة والبكتيريا الخضراء والأرجوانية. يتم تنفيذ ما يقرب من نصف عملية التمثيل الضوئي على الأرض بواسطة النباتات الخضراء العليا، ويتم تنفيذ النصف المتبقي بشكل رئيسي بواسطة الطحالب وحيدة الخلية.

تشكلت الأفكار الأولى حول عملية التمثيل الضوئي في القرن السابع عشر. وفي وقت لاحق، مع توفر بيانات جديدة، تغيرت هذه الأفكار عدة مرات. [يعرض] .

تطوير الأفكار حول عملية التمثيل الضوئي

بدأت دراسة عملية التمثيل الضوئي في عام 1630، عندما أظهر فان هيلمونت أن النباتات نفسها تشكل مواد عضوية ولا تحصل عليها من التربة. ومن خلال وزن وعاء التربة الذي نمت فيه شجرة الصفصاف والشجرة نفسها، أظهر أنه على مدار 5 سنوات زادت كتلة الشجرة بمقدار 74 كجم، بينما فقدت التربة 57 جرامًا فقط، وخلص فان هيلمونت إلى أن النبات تلقى وباقي غذائه من الماء الذي كان يستخدم لسقي الشجرة. الآن نعلم أن المادة الرئيسية للتخليق هي ثاني أكسيد الكربون، الذي يستخرجه النبات من الهواء.

في عام 1772، أظهر جوزيف بريستلي أن براعم النعناع "تصحح" الهواء "الملوث" بواسطة شمعة مشتعلة. وبعد سبع سنوات، اكتشف جان إنجينهويس أن النباتات لا يمكنها "تصحيح" الهواء السيئ إلا من خلال تواجدها في الضوء، وأن قدرة النباتات على "تصحيح" الهواء تتناسب مع صفاء النهار وطول الفترة التي تبقى فيها النباتات في الضوء. شمس. وفي الظلام، تنبعث من النباتات هواء "ضار بالحيوانات".

كانت الخطوة المهمة التالية في تطوير المعرفة حول عملية التمثيل الضوئي هي تجارب سوسور التي أجريت في عام 1804. ومن خلال وزن الهواء والنباتات قبل وبعد عملية التمثيل الضوئي، وجد سوسور أن الزيادة في الكتلة الجافة للنبات تجاوزت كتلة ثاني أكسيد الكربون الممتص من الهواء. وخلص سوسير إلى أن المادة الأخرى المشاركة في زيادة الكتلة هي الماء. وهكذا، قبل 160 عاما، تم تصور عملية التمثيل الضوئي على النحو التالي:

ح 2 يا + كو 2 + ح -> ج 6 ح 12 يا 6 + يا 2

الماء + ثاني أكسيد الكربون + الطاقة الشمسية ----> مادة عضوية + الأكسجين

اقترح إنجينهوس أن دور الضوء في عملية التمثيل الضوئي هو تكسير ثاني أكسيد الكربون. وفي هذه الحالة يتم إطلاق الأكسجين، ويستخدم "الكربون" المنطلق في بناء الأنسجة النباتية. وعلى هذا الأساس تم تقسيم الكائنات الحية إلى نباتات خضراء يمكنها استخدام الطاقة الشمسية "لهضم" ثاني أكسيد الكربون، وكائنات أخرى لا تحتوي على الكلوروفيل، ولا يمكنها استخدام الطاقة الضوئية وغير قادرة على استيعاب ثاني أكسيد الكربون.

تم انتهاك مبدأ تقسيم العالم الحي هذا عندما اكتشف S. N. Winogradsky في عام 1887 بكتيريا التخليق الكيميائي - كائنات خالية من الكلوروفيل قادرة على استيعاب ثاني أكسيد الكربون (أي تحويله إلى مركبات عضوية) في الظلام. وقد تعطلت أيضًا عندما اكتشف إنجلمان، في عام 1883، البكتيريا الأرجوانية التي تقوم بنوع من التمثيل الضوئي الذي لا يصاحبه إطلاق الأكسجين. في وقت من الأوقات لم تكن هذه الحقيقة موضع تقدير كاف؛ وفي الوقت نفسه، فإن اكتشاف البكتيريا المصنعة كيميائيًا والتي تمتص ثاني أكسيد الكربون في الظلام يوضح أن امتصاص ثاني أكسيد الكربون لا يمكن اعتباره سمة محددة لعملية التمثيل الضوئي وحدها.

بعد عام 1940، وبفضل استخدام الكربون الموسوم، ثبت أن جميع الخلايا - النباتية والبكتيرية والحيوانية - قادرة على استيعاب ثاني أكسيد الكربون، أي دمجه في جزيئات المواد العضوية؛ تختلف فقط المصادر التي يستمدون منها الطاقة اللازمة لذلك.

مساهمة رئيسية أخرى في دراسة عملية التمثيل الضوئي قدمها بلاكمان في عام 1905، حيث اكتشف أن عملية التمثيل الضوئي تتكون من تفاعلين متسلسلين: تفاعل ضوئي سريع وسلسلة من المراحل الأبطأ والمستقلة عن الضوء، والتي أطلق عليها اسم معدل التفاعل. وباستخدام ضوء عالي الكثافة، أظهر بلاكمان أن عملية التمثيل الضوئي تتم بنفس المعدل في ظل ضوء متقطع مع ومضات تدوم لجزء من الثانية فقط كما هو الحال في الضوء المستمر، على الرغم من حقيقة أنه في الحالة الأولى يتلقى نظام التمثيل الضوئي نصف الطاقة. انخفضت شدة عملية التمثيل الضوئي فقط مع زيادة كبيرة في الفترة المظلمة. وفي دراسات أخرى وجد أن معدل التفاعل الداكن يزداد بشكل ملحوظ مع زيادة درجة الحرارة.

تم طرح الفرضية التالية المتعلقة بالأساس الكيميائي لعملية التمثيل الضوئي من قبل فان نيل، الذي أظهر تجريبيًا في عام 1931 أن عملية التمثيل الضوئي في البكتيريا يمكن أن تحدث في ظل الظروف اللاهوائية، دون إطلاق الأكسجين. واقترح فان نيل، من حيث المبدأ، أن عملية التمثيل الضوئي متشابهة في البكتيريا وفي النباتات الخضراء. في الأخير، يتم استخدام الطاقة الضوئية للتحلل الضوئي للماء (H 2 0) مع تكوين عامل اختزال (H)، يتم تحديده من خلال المشاركة في استيعاب ثاني أكسيد الكربون، وعامل مؤكسد (OH)، وهو مقدمة افتراضية لـ الأكسجين الجزيئي. في البكتيريا، تتم عملية التمثيل الضوئي بنفس الطريقة بشكل عام، ولكن مانح الهيدروجين هو H2S أو الهيدروجين الجزيئي، وبالتالي لا يتم إطلاق الأكسجين.

الأفكار الحديثة حول عملية التمثيل الضوئي

وفقًا للمفاهيم الحديثة، فإن جوهر عملية التمثيل الضوئي هو تحويل الطاقة الإشعاعية لأشعة الشمس إلى طاقة كيميائية على شكل ATP وفوسفات النيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد المختزل (NADP). · ن).

من المقبول حاليًا أن عملية التمثيل الضوئي تتكون من مرحلتين تلعب فيهما هياكل التمثيل الضوئي دورًا نشطًا [يعرض] وأصباغ الخلايا الحساسة للضوء.

الهياكل الضوئية

في البكتيريايتم تقديم هياكل التمثيل الضوئي في شكل غزوات غشاء الخلية، وتشكيل عضيات صفائحية من الميزوزوم. تسمى الجسيمات المتوسطة المعزولة التي يتم الحصول عليها من تدمير البكتيريا بالكروماتوفورز، حيث يتركز الجهاز الحساس للضوء فيها.

في حقيقيات النوىيقع جهاز التمثيل الضوئي في عضيات خاصة داخل الخلايا - البلاستيدات الخضراء التي تحتوي على صبغة الكلوروفيل الخضراء، والتي تعطي النبات لونه الأخضر ويلعب دورًا حاسمًا في عملية التمثيل الضوئي، حيث يلتقط طاقة ضوء الشمس. تحتوي البلاستيدات الخضراء، مثل الميتوكوندريا، أيضًا على DNA وRNA وجهاز لتخليق البروتين، أي أن لديها القدرة المحتملة على إعادة إنتاج نفسها. البلاستيدات الخضراء أكبر بعدة مرات من حجم الميتوكوندريا. يتراوح عدد البلاستيدات الخضراء من واحدة في الطحالب إلى 40 لكل خلية في النباتات العليا.

بالإضافة إلى البلاستيدات الخضراء، تحتوي خلايا النباتات الخضراء أيضًا على الميتوكوندريا، والتي تستخدم لإنتاج الطاقة ليلاً من خلال التنفس، كما هو الحال في الخلايا غيرية التغذية.

البلاستيدات الخضراء لها شكل كروي أو مسطح. وهي محاطة بغشاءين - خارجي وداخلي (الشكل 1). يتم ترتيب الغشاء الداخلي على شكل أكوام من الأقراص المسطحة التي تشبه الفقاعة. هذه المكدسة تسمى غرانا.

تتكون كل حبة من طبقات فردية مرتبة مثل أعمدة من العملات المعدنية. تتناوب طبقات جزيئات البروتين مع طبقات تحتوي على الكلوروفيل والكاروتينات وأصباغ أخرى، بالإضافة إلى أشكال خاصة من الدهون (تحتوي على الجالاكتوز أو الكبريت، ولكن حمض دهني واحد فقط). يبدو أن هذه الدهون السطحية تمتز بين طبقات فردية من الجزيئات وتعمل على تثبيت البنية، التي تتكون من طبقات متناوبة من البروتين والأصباغ. من المرجح أن هذا الهيكل الطبقي (الصفائحي) للجرانيا يسهل نقل الطاقة أثناء عملية التمثيل الضوئي من جزيء إلى جزيء مجاور.

في الطحالب لا يوجد أكثر من حبة واحدة في كل بلاستيدات الخضراء، وفي النباتات العليا يوجد ما يصل إلى 50 حبة، والتي ترتبط فيما بينها بواسطة جسور غشائية. البيئة المائية بين الجرانا هي سدى البلاستيدات الخضراء، التي تحتوي على إنزيمات تقوم بـ "التفاعلات المظلمة"

تسمى الهياكل الشبيهة بالحويصلات التي تتكون منها الجرانا بالثايلاكتويدات. يوجد من 10 إلى 20 ثايلكتويد في الجرانا.

الوحدة الهيكلية والوظيفية الأولية لعملية التمثيل الضوئي لغشاء الثايلكتويد، والتي تحتوي على أصباغ احتجاز الضوء الضرورية ومكونات جهاز تحويل الطاقة، تسمى الكمومية، وتتكون من حوالي 230 جزيء كلوروفيل. تبلغ كتلة هذا الجسيم حوالي 2 × 10 6 دالتون وأبعاده حوالي 17.5 نانومتر.

	مراحل عملية التمثيل الضوئي
	مرحلة الضوء (أو مرحلة الطاقة)	المرحلة المظلمة (أو الأيضية)
موقع رد الفعل	وفي الكمومات لأغشية الثايلكتويد، يحدث ذلك في الضوء.	يتم تنفيذه خارج الثايلكتويدات، في البيئة المائية للسدى.
المنتجات الأولية	الطاقة الضوئية، الماء (H 2 O)، ADP، الكلوروفيل	ثاني أكسيد الكربون، ثنائي فوسفات الريبولوز، ATP، NADPH 2
جوهر العملية	التحلل الضوئي للماء، الفسفرة في المرحلة الضوئية من عملية التمثيل الضوئي، تتحول الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية من ATP، وتتحول إلكترونات الماء فقيرة الطاقة إلى إلكترونات NADP غنية بالطاقة · ن 2. المنتج الثانوي الذي يتكون خلال مرحلة الضوء هو الأكسجين. تسمى تفاعلات مرحلة الضوء "تفاعلات الضوء".	الكربوكسيلة، الهدرجة، نزع الفسفور خلال المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي، تحدث "تفاعلات مظلمة"، يتم خلالها ملاحظة تخليق الجلوكوز من ثاني أكسيد الكربون. بدون طاقة المرحلة الضوئية، تكون المرحلة المظلمة مستحيلة.
المنتجات النهائية	يا 2، ATP، نادف 2 منتجات التفاعل الضوئي الغنية بالطاقة - ATP وNADP · ويستخدم H2 أيضًا في المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي.
يمكن التعبير عن العلاقة بين مراحل الضوء والظلام من خلال الرسم التخطيطي عملية التمثيل الضوئي هي عملية بيئية، أي. يصاحبه زيادة في الطاقة الحرة، وبالتالي يتطلب كمية كبيرة من الطاقة الموردة من الخارج. المعادلة العامة لعملية البناء الضوئي هي: 6CO 2 + 12H 2 O--->C 6 H 12 O 62 + 6H 2 O + 6O 2 + 2861 كيلوجول/مول.

تمتص النباتات البرية الماء اللازم لعملية التمثيل الضوئي من خلال جذورها، بينما تحصل عليه النباتات المائية عن طريق الانتشار من البيئة. ينتشر ثاني أكسيد الكربون الضروري لعملية التمثيل الضوئي إلى النبات من خلال ثقوب صغيرة على سطح الأوراق - الثغور. وبما أن ثاني أكسيد الكربون يتم استهلاكه أثناء عملية التمثيل الضوئي، فإن تركيزه في الخلية عادة ما يكون أقل قليلاً منه في الغلاف الجوي. ينتشر الأكسجين المنطلق أثناء عملية التمثيل الضوئي إلى خارج الخلية ثم إلى خارج النبات من خلال الثغور. وتنتشر السكريات المنتجة أثناء عملية التمثيل الضوئي أيضًا إلى أجزاء النبات التي يكون تركيزها فيها أقل.

للقيام بعملية التمثيل الضوئي، تحتاج النباتات إلى الكثير من الهواء، لأنها تحتوي على 0.03٪ فقط من ثاني أكسيد الكربون. وبالتالي، من 10000 م 3 من الهواء، يمكن الحصول على 3 م 3 من ثاني أكسيد الكربون، والذي يتكون منه حوالي 110 جم من الجلوكوز أثناء عملية التمثيل الضوئي. تنمو النباتات عمومًا بشكل أفضل مع ارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون في الهواء. لذلك، في بعض البيوت الزجاجية يتم ضبط محتوى ثاني أكسيد الكربون في الهواء إلى 1-5%.

آلية المرحلة الضوئية (الكيميائية الضوئية) لعملية التمثيل الضوئي

تشارك الطاقة الشمسية والأصباغ المختلفة في تنفيذ الوظيفة الكيميائية الضوئية لعملية التمثيل الضوئي: الأخضر - الكلوروفيل أ وب والأصفر - الكاروتينات والأحمر أو الأزرق - فيكوبيلين. ومن بين هذا المركب من الأصباغ، فإن الكلوروفيل أ هو الوحيد النشط كيميائيًا ضوئيًا. تلعب الأصباغ المتبقية دورًا داعمًا، كونها مجرد مجمعات لكمات الضوء (نوع من عدسات تجميع الضوء) وموصلاتها إلى المركز الكيميائي الضوئي.

بناءً على قدرة الكلوروفيل على امتصاص الطاقة الشمسية بشكل فعال بطول موجي معين، تم تحديد المراكز الكيميائية الضوئية الوظيفية أو الأنظمة الضوئية في أغشية الثايلكتويد (الشكل 3):

• النظام الضوئي الأول (الكلوروفيل أ) - يحتوي على الصباغ 700 (P700) الذي يمتص الضوء بطول موجي حوالي 700 نانومتر، ويلعب دوراً رئيسياً في تكوين نواتج المرحلة الضوئية من عملية التمثيل الضوئي: ATP و NADP · ح 2
• النظام الضوئي الثاني (الكلوروفيل ب) - يحتوي على الصباغ 680 (P 680) الذي يمتص الضوء بطول موجي 680 نانومتر، ويلعب دورًا مساعدًا عن طريق تجديد الإلكترونات المفقودة بواسطة النظام الضوئي الأول من خلال التحلل الضوئي للماء

لكل 300-400 جزيء من أصباغ حصاد الضوء في النظامين الضوئيين الأول والثاني، يوجد جزيء واحد فقط من الصباغ النشط كيميائيًا ضوئيًا - الكلوروفيل أ.

كمية خفيفة يمتصها النبات

• ينقل الصباغ P 700 من الحالة الأرضية إلى الحالة المثارة - P * 700، حيث يفقد إلكترونًا بسهولة مع تكوين ثقب إلكترون موجب على شكل P 700 + وفقًا للمخطط:

  ف 700 ---> ف * 700 ---> ف + 700 + ه -

  وبعد ذلك يمكن لجزيء الصباغ الذي فقد إلكترونًا أن يعمل كمستقبل للإلكترون (قادر على قبول الإلكترون) ويتحول إلى شكل مخفض

• يسبب تحلل (أكسدة ضوئية) للماء في المركز الكيميائي الضوئي P 680 للنظام الضوئي II حسب المخطط

  ح 2 يا ---> 2 ح + + 2 هـ - + 1/2 أو 2

  يسمى التحلل الضوئي للماء بتفاعل هيل. يتم قبول الإلكترونات الناتجة أثناء تحلل الماء في البداية بواسطة مادة تسمى Q (تسمى أحيانًا السيتوكروم C 550 نظرًا لامتصاصها الأقصى، على الرغم من أنها ليست سيتوكروم). بعد ذلك، من المادة Q، من خلال سلسلة من الناقلات المشابهة في تركيبها للميتوكوندريا، يتم توفير الإلكترونات إلى النظام الضوئي الأول لملء ثقب الإلكترون المتكون نتيجة امتصاص النظام لكمات الضوء واستعادة الصباغ P + 700

إذا استقبل مثل هذا الجزيء ببساطة نفس الإلكترون، فسيتم إطلاق الطاقة الضوئية على شكل حرارة ومضان (وهذا بسبب مضان الكلوروفيل النقي). ومع ذلك، في معظم الحالات، يتم قبول الإلكترون ذو الشحنة السالبة المنطلق بواسطة بروتينات خاصة من الحديد والكبريت (مركز FeS)، ومن ثم

1. أو يتم نقله عبر إحدى السلاسل الحاملة إلى P+700، مما يملأ فجوة الإلكترون
2. أو على طول سلسلة أخرى من الناقلات من خلال الفيروكسين والبروتين الفلافوبروتين إلى متقبل دائم - NADP · ح 2

في الحالة الأولى يحدث نقل الإلكترون الحلقي المغلق، وفي الحالة الثانية يحدث النقل غير الدوري.

يتم تحفيز كلتا العمليتين بواسطة نفس سلسلة نقل الإلكترون. ومع ذلك، أثناء الفسفرة الضوئية الدورية، يتم إرجاع الإلكترونات من الكلوروفيل أالعودة إلى الكلوروفيل أ، بينما في الفسفرة الضوئية غير الحلقية يتم نقل الإلكترونات من الكلوروفيل ب إلى الكلوروفيل أ.

الفسفرة الدورية (التمثيل الضوئي).	الفسفرة غير الدورية
نتيجة للفسفرة الدورية، يتم تشكيل جزيئات ATP. وترتبط العملية بعودة الإلكترونات المثارة إلى P700 عبر سلسلة من المراحل المتعاقبة. تؤدي عودة الإلكترونات المثارة إلى P 700 إلى إطلاق الطاقة (أثناء الانتقال من مستوى طاقة مرتفع إلى مستوى طاقة منخفض)، والتي، بمشاركة نظام إنزيم الفسفرة، تتراكم في روابط الفوسفات لـ ATP، وتكون لا تتبدد في شكل مضان وحرارة (الشكل 4.). وتسمى هذه العملية الفسفرة التمثيل الضوئي (على عكس الفسفرة التأكسدية التي تقوم بها الميتوكوندريا)؛ الفسفرة الضوئية- التفاعل الأساسي لعملية التمثيل الضوئي هو آلية لتكوين الطاقة الكيميائية (تخليق ATP من ADP والفوسفات غير العضوي) على غشاء الثايلكتويد في البلاستيدات الخضراء باستخدام طاقة ضوء الشمس. ضروري للتفاعل المظلم لاستيعاب ثاني أكسيد الكربون	نتيجة الفسفرة غير الحلقية، يتم اختزال NADP + لتكوين NADP · N. ترتبط العملية بنقل الإلكترون إلى فيريدوكسين واختزاله وانتقاله الإضافي إلى NADP + مع اختزاله اللاحق إلى NADP · ن
تحدث كلتا العمليتين في الثايلكتويدات، على الرغم من أن الثانية أكثر تعقيدًا. وهو مرتبط (مترابط) مع عمل النظام الضوئي II.

وهكذا، فإن الإلكترونات المفقودة بواسطة P 700 يتم تجديدها بواسطة إلكترونات من الماء المتحلل تحت تأثير الضوء في النظام الضوئي II.

أ+ إلى الحالة الأرضية، ويبدو أنها تتشكل عند إثارة الكلوروفيل ب. تمر هذه الإلكترونات عالية الطاقة إلى الفيروكسين ثم عبر الفلافوبروتين والسيتوكروم إلى الكلوروفيل أ. في المرحلة الأخيرة، تحدث الفسفرة من ADP إلى ATP (الشكل 5).

الإلكترونات اللازمة لإعادة الكلوروفيل الخامسمن المحتمل أن يتم توفير حالته الأرضية بواسطة أيونات OH المتكونة أثناء تفكك الماء. تتفكك بعض جزيئات الماء إلى أيونات H + و OH. نتيجة لفقد الإلكترونات، يتم تحويل أيونات OH إلى جذور (OH)، والتي تنتج فيما بعد جزيئات الماء والأكسجين الغازي (الشكل 6).

تم تأكيد هذا الجانب من النظرية من خلال نتائج التجارب التي أجريت على الماء وثاني أكسيد الكربون والتي تحمل الرقم 18 0 [يعرض] .

ووفقًا لهذه النتائج، فإن كل غاز الأكسجين المنطلق أثناء عملية التمثيل الضوئي يأتي من الماء وليس من ثاني أكسيد الكربون. لم يتم بعد دراسة تفاعلات تقسيم الماء بالتفصيل. ومع ذلك، فمن الواضح أن تنفيذ جميع التفاعلات المتسلسلة للفسفرة الضوئية غير الدورية (الشكل 5)، بما في ذلك إثارة جزيء واحد من الكلوروفيل أوجزيء واحد من الكلوروفيل بيجب أن يؤدي إلى تكوين جزيء NADP واحد · H، جزيئين أو أكثر من ATP من ADP وPn وإطلاق ذرة أكسجين واحدة. وهذا يتطلب ما لا يقل عن أربعة كوانتا من الضوء - اثنان لكل جزيء الكلوروفيل.

التدفق غير الدوري للإلكترونات من H2O إلى NADP · يتم ملاحظة H2، الذي يحدث أثناء تفاعل نظامين ضوئيين وسلاسل نقل الإلكترون التي تربط بينهما، على عكس قيم إمكانات الأكسدة والاختزال: E° لـ 1/2O2/H2O = +0.81 V، وE° لـ NADP/NADP · H = -0.32 فولت. الطاقة الضوئية تعكس تدفق الإلكترونات. من المهم أنه عند النقل من النظام الضوئي II إلى النظام الضوئي الأول، يتم تجميع جزء من طاقة الإلكترون في شكل إمكانات بروتونية على غشاء الثايلكتويد، ثم إلى طاقة ATP.

آلية تكوين إمكانات البروتون في سلسلة نقل الإلكترون واستخدامها لتكوين ATP في البلاستيدات الخضراء تشبه تلك الموجودة في الميتوكوندريا. ومع ذلك، هناك بعض الخصائص المميزة في آلية الفسفرة الضوئية. الثايلاكتويدات تشبه الميتوكوندريا مقلوبة من الداخل إلى الخارج، وبالتالي فإن اتجاه نقل الإلكترون والبروتون عبر الغشاء يكون معاكسًا للاتجاه في غشاء الميتوكوندريا (الشكل 6). تنتقل الإلكترونات إلى الخارج، وتتركز البروتونات داخل مصفوفة الثايلاكتويد. المصفوفة مشحونة بشكل إيجابي، والغشاء الخارجي للثايلاكتويد مشحون سلبا، أي أن اتجاه تدرج البروتون هو عكس اتجاهه في الميتوكوندريا.

ميزة أخرى هي النسبة الأكبر بكثير من الرقم الهيدروجيني في إمكانات البروتون مقارنة بالميتوكوندريا. تكون مصفوفة الثايلكتويد شديدة الحموضة، لذلك يمكن أن يصل Δ pH إلى 0.1-0.2 فولت، بينما تبلغ Δ Ψ حوالي 0.1 فولت. القيمة الإجمالية لـ Δ μ H+ > 0.25 فولت.

يتم أيضًا توجيه إنزيم H + -ATP، المُسمى في البلاستيدات الخضراء باسم مركب "CF 1 + F 0"، في الاتجاه المعاكس. وينظر رأسه (F 1) إلى الخارج، باتجاه سدى البلاستيدات الخضراء. يتم دفع البروتونات للخارج عبر CF 0 + F 1 من المصفوفة، ويتشكل ATP في المركز النشط لـ F 1 بسبب طاقة جهد البروتون.

على عكس سلسلة الميتوكوندريا، يبدو أن سلسلة الثايلكتويد تحتوي على موقعي اقتران فقط، وبالتالي فإن تخليق جزيء ATP واحد يتطلب ثلاثة بروتونات بدلاً من اثنين، أي نسبة 3 H + /1 mol من ATP.

لذا، في المرحلة الأولى من عملية التمثيل الضوئي، أثناء التفاعلات الضوئية، يتشكل ATP وNADP في سدى البلاستيدات الخضراء · ح - المنتجات اللازمة للتفاعلات المظلمة.

آلية المرحلة المظلمة لعملية التمثيل الضوئي

التفاعلات المظلمة لعملية التمثيل الضوئي هي عملية دمج ثاني أكسيد الكربون في المادة العضوية لتكوين الكربوهيدرات (التمثيل الضوئي للجلوكوز من ثاني أكسيد الكربون). تحدث التفاعلات في سدى البلاستيدات الخضراء بمشاركة منتجات المرحلة الضوئية من عملية التمثيل الضوئي - ATP و NADP · H2.

إن استيعاب ثاني أكسيد الكربون (الكربوكسيل الكيميائي الضوئي) هو عملية دورية، وتسمى أيضًا دورة التمثيل الضوئي لفوسفات البنتوز أو دورة كالفين (الشكل 7). هناك ثلاث مراحل رئيسية فيه:

• الكربوكسيلة (تثبيت ثاني أكسيد الكربون مع ثنائي فوسفات الريبولوز)
• الاختزال (تكوين ثلاثي الفوسفات أثناء اختزال 3-فوسفوجليسيرات)
• تجديد الريبولوز ثنائي الفوسفات

الريبولوز 5-فوسفات (سكر يحتوي على 5 ذرات كربون مع شاردة فوسفات عند الكربون 5) يخضع لعملية الفسفرة بواسطة ATP، مما يؤدي إلى تكوين ثنائي فوسفات الريبولوز. يتم كربوكسيل هذه المادة الأخيرة بإضافة ثاني أكسيد الكربون، على ما يبدو إلى وسيط مكون من ستة ذرات كربون، والذي، مع ذلك، ينقسم على الفور بإضافة جزيء ماء، مكونًا جزيئين من حمض الفوسفوجليسريك. يتم بعد ذلك اختزال حمض الفوسفوغليسيريك من خلال تفاعل إنزيمي يتطلب وجود ATP وNADP. · H مع تكوين فسفوغليسرالديهيد (سكر ثلاثي الكربون - ثلاثي). نتيجة لتكثيف اثنين من هذه الثلاثيات، يتم تشكيل جزيء سداسي، والذي يمكن تضمينه في جزيء النشا وبالتالي تخزينه كاحتياطي.

لإكمال هذه المرحلة من الدورة، يمتص التمثيل الضوئي جزيءًا واحدًا من ثاني أكسيد الكربون ويستخدم 3 جزيئات من ATP و4 ذرات H (مرتبطة بجزيئين من NAD) · ن). من فوسفات سداسي الفوسفات، من خلال تفاعلات معينة لدورة فوسفات البنتوز (الشكل 8)، يتم تجديد فوسفات الريبولوز، والذي يمكنه ربط جزيء ثاني أكسيد الكربون آخر بنفسه مرة أخرى.

لا يمكن اعتبار أي من التفاعلات الموصوفة - الكربوكسيلة أو الاختزال أو التجديد - محددة فقط لخلية التمثيل الضوئي. كان الاختلاف الوحيد الذي وجدوه هو أن تفاعل الاختزال الذي يحول حمض الفوسفوجليسريك إلى فوسفوجليسرالديهيد يتطلب NADP. · ن، ليس أكثر · ن، كالعادة.

يتم تحفيز تثبيت ثاني أكسيد الكربون بواسطة ثنائي فوسفات الريبولوز بواسطة إنزيم كربوكسيلاز الريبولوز ثنائي الفوسفات: ريبولوز ثنائي الفوسفات + CO 2 --> 3-فوسفوجليسيرات بعد ذلك، يتم تقليل 3-فوسفوجليسيرات بمساعدة NADP. · H2 و ATP إلى جليسرالديهيد 3-فوسفات. يتم تحفيز هذا التفاعل بواسطة إنزيم هيدروجيناز جليسرالديهيد -3 فوسفات. يتصاوغ جليسرالديهايد 3-فوسفات بسهولة إلى فوسفات ثنائي هيدروكسي أسيتون. يتم استخدام كل من فوسفات ثلاثي الفوسفات في تكوين ثنائي فوسفات الفركتوز (التفاعل العكسي المحفز بواسطة ألدولاز ثنائي فوسفات الفركتوز). ويشارك جزء من جزيئات ثنائي فوسفات الفركتوز الناتج، مع فوسفات الثلاثي، في تجديد ثنائي فوسفات الريبولوز (إغلاق الدورة)، ويستخدم الجزء الآخر لتخزين الكربوهيدرات في خلايا التمثيل الضوئي، كما هو موضح في الرسم البياني.

تشير التقديرات إلى أن تصنيع جزيء واحد من الجلوكوز من ثاني أكسيد الكربون في دورة كالفين يتطلب 12 NADP · H + H + و18 ATP (يتم إنفاق 12 جزيء ATP على اختزال 3-phosphoglycerate، ويتم استخدام 6 جزيئات في تفاعلات تجديد ثنائي فوسفات الريبولوز). الحد الأدنى للنسبة - 3 ATP: 2 NADP · ن 2.

يمكن للمرء أن يلاحظ القواسم المشتركة للمبادئ الكامنة وراء عملية التمثيل الضوئي والفسفرة المؤكسدة، والفسفرة الضوئية هي، كما كانت، الفسفرة التأكسدية المعكوسة:

الطاقة الضوئية هي القوة الدافعة وراء الفسفرة وتخليق المواد العضوية (S-H2) أثناء عملية التمثيل الضوئي، وعلى العكس من ذلك، طاقة أكسدة المواد العضوية أثناء الفسفرة التأكسدية. لذلك فإن النباتات هي التي توفر الحياة للحيوانات والكائنات الأخرى غير ذاتية التغذية:

تعمل الكربوهيدرات المنتجة أثناء عملية التمثيل الضوئي على بناء الهياكل الكربونية للعديد من المواد النباتية العضوية. يتم امتصاص المواد النيتروجينية العضوية بواسطة الكائنات الحية التي تقوم بالتمثيل الضوئي عن طريق تقليل النترات غير العضوية أو النيتروجين الجوي، ويتم امتصاص الكبريت عن طريق اختزال الكبريتات إلى مجموعات سلفهيدريل من الأحماض الأمينية. يضمن التمثيل الضوئي في نهاية المطاف بناء ليس فقط البروتينات، والأحماض النووية، والكربوهيدرات، والدهون، والعوامل المساعدة الضرورية للحياة، ولكن أيضًا العديد من منتجات التخليق الثانوية التي تعتبر مواد طبية قيمة (قلويدات، فلافونويدات، بوليفينول، تربين، منشطات، أحماض عضوية، إلخ.). ).

التمثيل الضوئي غير الكلوروفيل

تم العثور على عملية التمثيل الضوئي غير الكلوروفيل في البكتيريا المحبة للملح والتي تحتوي على صبغة بنفسجية حساسة للضوء. تبين أن هذا الصباغ هو بروتين بكتيريورودوبسين، الذي يحتوي، مثل اللون الأرجواني البصري لشبكية العين - رودوبسين، على مشتق من فيتامين أ - الشبكية. تشكل باكتيريهودوبسين، الموجودة في غشاء البكتيريا المحبة للملح، جهدًا بروتونيًا على هذا الغشاء استجابةً لامتصاص الشبكية للضوء، والذي يتحول إلى ATP. وبالتالي، فإن البكتريودوبسين هو محول خالي من الكلوروفيل للطاقة الضوئية.

التمثيل الضوئي والبيئة الخارجية

عملية التمثيل الضوئي ممكنة فقط في وجود الضوء والماء وثاني أكسيد الكربون. كفاءة التمثيل الضوئي لا تزيد عن 20% في أنواع النباتات المزروعة، وعادة لا تتجاوز 6-7%. يوجد في الغلاف الجوي ما يقرب من 0.03% (حجم) ثاني أكسيد الكربون، وعندما يزيد محتواه إلى 0.1%، تزداد كثافة عملية التمثيل الضوئي وإنتاجية النبات، لذلك ينصح بتغذية النباتات بالبيكربونات. ومع ذلك، فإن نسبة ثاني أكسيد الكربون في الهواء التي تزيد عن 1.0% لها تأثير ضار على عملية التمثيل الضوئي. في العام، تمتص النباتات الأرضية وحدها 3% من إجمالي ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي للأرض، أي حوالي 20 مليار طن، ويتم تجميع ما يصل إلى 4 × 10 18 كيلوجول من الطاقة الضوئية في الكربوهيدرات المصنعة من ثاني أكسيد الكربون. وهذا يتوافق مع قدرة محطة توليد الكهرباء البالغة 40 مليار كيلووات. يعتبر الأكسجين أحد المنتجات الثانوية لعملية التمثيل الضوئي، وهو أمر حيوي للكائنات الحية العليا والكائنات الحية الدقيقة الهوائية. الحفاظ على الغطاء النباتي يعني الحفاظ على الحياة على الأرض.

كفاءة عملية التمثيل الضوئي

ويمكن تقييم كفاءة عملية التمثيل الضوئي من حيث إنتاج الكتلة الحيوية من خلال نسبة إجمالي الإشعاع الشمسي الساقط على منطقة معينة خلال فترة زمنية معينة والتي يتم تخزينها في المادة العضوية للمحصول. يمكن تقييم إنتاجية النظام من خلال كمية المادة الجافة العضوية التي يتم الحصول عليها لكل وحدة مساحة سنويًا، ويتم التعبير عنها بوحدات الكتلة (كجم) أو الطاقة (ملي جول) للإنتاج التي يتم الحصول عليها لكل هكتار سنويًا.

وبالتالي يعتمد إنتاج الكتلة الحيوية على مساحة مجمع الطاقة الشمسية (الأوراق) العاملة خلال العام وعدد الأيام في السنة مع ظروف الإضاءة هذه عندما يكون التمثيل الضوئي ممكنًا بأقصى معدل، وهو ما يحدد كفاءة العملية برمتها . إن نتائج تحديد نسبة الإشعاع الشمسي (%) المتاحة للنباتات (الإشعاع النشط للتمثيل الضوئي، PAR)، ومعرفة العمليات الكيميائية الضوئية والكيميائية الحيوية الأساسية وكفاءتها الديناميكية الحرارية، تجعل من الممكن حساب المعدلات القصوى المحتملة لتكوين العناصر العضوية. المواد من حيث الكربوهيدرات.

تستخدم النباتات ضوءًا بطول موجي يتراوح من 400 إلى 700 نانومتر، أي أن الإشعاع النشط ضوئيًا يمثل 50٪ من إجمالي ضوء الشمس. وهذا يتوافق مع كثافة على سطح الأرض تبلغ 800-1000 واط/م2 ليوم مشمس نموذجي (في المتوسط). متوسط ​​الحد الأقصى لكفاءة تحويل الطاقة أثناء عملية التمثيل الضوئي هو 5-6٪. يتم الحصول على هذه التقديرات بناءً على دراسات عملية ربط ثاني أكسيد الكربون، بالإضافة إلى الخسائر الفسيولوجية والمادية المرتبطة بها. يقابل مول واحد من ثاني أكسيد الكربون المرتبط على شكل كربوهيدرات طاقة مقدارها 0.47 ميجا جول، وطاقة مول من كمات الضوء الأحمر بطول موجة يبلغ 680 نانومتر (الضوء الأكثر فقرًا في الطاقة المستخدم في عملية التمثيل الضوئي) تبلغ 0.176 ميجا جول. وبالتالي، فإن الحد الأدنى لعدد مولات كمات الضوء الأحمر المطلوبة لربط 1 مول من ثاني أكسيد الكربون هو 0.47:0.176 = 2.7. ومع ذلك، بما أن نقل أربعة إلكترونات من الماء لتثبيت جزيء ثاني أكسيد الكربون يتطلب ما لا يقل عن ثمانية كوانتا من الضوء، فإن كفاءة الارتباط النظرية هي 2.7:8 = 33%. يتم إجراء هذه الحسابات للضوء الأحمر؛ ومن الواضح أن هذه القيمة ستكون أقل بالمقابل بالنسبة للضوء الأبيض.

في ظل أفضل الظروف الميدانية، تصل كفاءة التثبيت في النباتات إلى 3%، لكن هذا ممكن فقط خلال فترات قصيرة من النمو، وإذا حسبت على مدار العام بأكمله، فستتراوح بين 1 و3%.

ومن الناحية العملية، يبلغ متوسط ​​الكفاءة السنوية لتحويل طاقة التمثيل الضوئي في المناطق المعتدلة عادة 0.5-1.3%، وبالنسبة للمحاصيل شبه الاستوائية - 0.5-2.5%. يمكن بسهولة تقدير العائد الذي يمكن توقعه عند مستوى معين من شدة ضوء الشمس وكفاءة التمثيل الضوئي المختلفة من الرسوم البيانية الموضحة في الشكل 1. 9.

معنى عملية البناء الضوئي

• تعتبر عملية التمثيل الضوئي أساس التغذية لجميع الكائنات الحية، كما أنها تمد البشرية بالوقود والألياف وعدد لا يحصى من المركبات الكيميائية المفيدة.
• يتكون حوالي 90-95% من الوزن الجاف للمحصول من ثاني أكسيد الكربون والماء المدمجين في الهواء أثناء عملية التمثيل الضوئي.
• ويستخدم الإنسان حوالي 7% من منتجات التمثيل الضوئي كغذاء وأعلاف حيوانية ووقود ومواد بناء.

التمثيل الضوئي هو تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة الروابط الكيميائيةمركبات العضوية.

التمثيل الضوئي هو سمة من سمات النباتات، بما في ذلك جميع الطحالب، وعدد من بدائيات النوى، بما في ذلك البكتيريا الزرقاء، وبعض حقيقيات النوى أحادية الخلية.

في معظم الحالات، تنتج عملية التمثيل الضوئي الأكسجين (O2) كمنتج ثانوي. ومع ذلك، هذا ليس هو الحال دائمًا حيث أن هناك عدة مسارات مختلفة لعملية التمثيل الضوئي. وفي حالة إطلاق الأكسجين، فإن مصدره هو الماء، الذي تنقسم منه ذرات الهيدروجين لتلبية احتياجات عملية التمثيل الضوئي.

يتكون التمثيل الضوئي من العديد من التفاعلات التي تشارك فيها أصباغ مختلفة، والإنزيمات، والإنزيمات المساعدة، وما إلى ذلك، والأصباغ الرئيسية هي الكلوروفيل، بالإضافة إلى الكاروتينات والفيكوبيلين.

في الطبيعة، هناك طريقان شائعان لعملية التمثيل الضوئي في النبات: C3 وC4. الكائنات الحية الأخرى لها ردود أفعالها الخاصة. يتم توحيد كل هذه العمليات المختلفة تحت مصطلح "التمثيل الضوئي" - حيث يتم تحويل طاقة الفوتونات في كل منها إلى رابطة كيميائية. للمقارنة: أثناء عملية التخليق الكيميائي، يتم تحويل طاقة الرابطة الكيميائية لبعض المركبات (غير العضوية) إلى مركبات أخرى - عضوية.

هناك مرحلتان من عملية التمثيل الضوئي - الضوء والظلام.الأول يعتمد على الإشعاع الضوئي (hν) الضروري لحدوث التفاعلات. المرحلة المظلمة مستقلة عن الضوء.

في النباتات، يحدث التمثيل الضوئي في البلاستيدات الخضراء. نتيجة لجميع التفاعلات، تتشكل المواد العضوية الأولية، والتي يتم منها بعد ذلك تصنيع الكربوهيدرات والأحماض الأمينية والأحماض الدهنية وما إلى ذلك، وعادة ما يتم كتابة التفاعل الكلي لعملية التمثيل الضوئي بالنسبة إلى الجلوكوز - المنتج الأكثر شيوعا لعملية التمثيل الضوئي:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

ذرات الأكسجين الموجودة في جزيء O 2 لا تؤخذ من ثاني أكسيد الكربون، بل من الماء. ثاني أكسيد الكربون - مصدر الكربون، وهو الأهم. بفضل ارتباطها، تتمتع النباتات بفرصة تصنيع المواد العضوية.

التفاعل الكيميائي الموضح أعلاه معمم وكامل. إنه بعيد عن جوهر العملية. لذا فإن الجلوكوز لا يتكون من ستة جزيئات منفصلة من ثاني أكسيد الكربون. يحدث ارتباط ثاني أكسيد الكربون بجزيء واحد في كل مرة، والذي يرتبط أولاً بسكر خماسي الكربون موجود.

بدائيات النوى لها خصائصها الخاصة في عملية التمثيل الضوئي. لذلك، في البكتيريا، الصباغ الرئيسي هو البكتيريا الكلوروفيل، ولا يتم إطلاق الأكسجين، لأن الهيدروجين لا يؤخذ من الماء، ولكن في كثير من الأحيان من كبريتيد الهيدروجين أو مواد أخرى. في الطحالب الخضراء المزرقة، الصباغ الرئيسي هو الكلوروفيل، ويتم إطلاق الأكسجين أثناء عملية التمثيل الضوئي.

المرحلة الخفيفة من عملية التمثيل الضوئي

في المرحلة الضوئية من عملية التمثيل الضوئي، يتم تصنيع ATP و NADP H 2 بسبب الطاقة الإشعاعية.يحدث ذلك على ثايلاكويدات البلاستيدات الخضراءحيث تشكل الأصباغ والإنزيمات مجمعات معقدة لعمل الدوائر الكهروكيميائية التي تنتقل من خلالها الإلكترونات وبروتونات الهيدروجين جزئيًا.

وينتهي الأمر بالإلكترونات في النهاية مع الإنزيم المساعد NADP، الذي عند شحنه سالبًا، يجذب بعض البروتونات ويتحول إلى NADP H 2 . أيضًا، يؤدي تراكم البروتونات على أحد جانبي غشاء الثايلاكويد والإلكترونات على الجانب الآخر إلى إنشاء تدرج كهروكيميائي، يتم استخدام إمكاناته بواسطة إنزيم إنزيم ATP لتصنيع ATP من ADP وحمض الفوسفوريك.

الأصباغ الرئيسية لعملية التمثيل الضوئي هي الكلوروفيل المختلفة. تلتقط جزيئاتها إشعاع أطياف معينة ومختلفة جزئيًا من الضوء. وفي هذه الحالة تنتقل بعض إلكترونات جزيئات الكلوروفيل إلى مستوى طاقة أعلى. هذه حالة غير مستقرة، ومن الناحية النظرية، يجب أن تطلق الإلكترونات من خلال نفس الإشعاع الطاقة الواردة من الخارج إلى الفضاء وتعود إلى المستوى السابق. ومع ذلك، في خلايا التمثيل الضوئي، يتم التقاط الإلكترونات المثارة بواسطة المستقبلات ومع انخفاض تدريجي في طاقتها، يتم نقلها على طول سلسلة من الناقلات.

هناك نوعان من الأنظمة الضوئية على أغشية الثايلاكويد التي تنبعث منها الإلكترونات عند تعرضها للضوء.الأنظمة الضوئية عبارة عن مجمع معقد يتكون في الغالب من أصباغ الكلوروفيل مع مركز تفاعل تتم إزالة الإلكترونات منه. في النظام الضوئي، يلتقط ضوء الشمس العديد من الجزيئات، ولكن يتم جمع كل الطاقة في مركز التفاعل.

الإلكترونات من النظام الضوئي I، التي تمر عبر سلسلة الناقلات، تقلل NADP.

يتم استخدام طاقة الإلكترونات المنطلقة من النظام الضوئي II لتخليق ATP.وتملأ إلكترونات النظام الضوئي II نفسها ثقوب الإلكترون في النظام الضوئي I.

تمتلئ ثقوب النظام الضوئي الثاني بالإلكترونات الناتجة عن ذلك التحلل الضوئي للماء. يحدث التحلل الضوئي أيضًا بمشاركة الضوء ويتكون من تحلل H 2 O إلى بروتونات وإلكترونات وأكسجين. نتيجة التحلل الضوئي للماء يتكون الأكسجين الحر. تشارك البروتونات في إنشاء التدرج الكهروكيميائي وتقليل NADP. يتم استقبال الإلكترونات بواسطة الكلوروفيل في النظام الضوئي II.

معادلة ملخصة تقريبية للمرحلة الضوئية لعملية التمثيل الضوئي:

ح 2 يا + NADP + 2ADP + 2P → ½O 2 + NADP H 2 + 2ATP

نقل الإلكترون الدوري

ما يسمى مرحلة الضوء غير الدورية لعملية التمثيل الضوئي. هل هناك المزيد نقل الإلكترون الدوري عندما لا يحدث اختزال NADP. في هذه الحالة، تذهب الإلكترونات من النظام الضوئي إلى سلسلة النقل، حيث يحدث تخليق ATP. أي أن سلسلة نقل الإلكترون هذه تستقبل الإلكترونات من النظام الضوئي الأول، وليس الثاني. يبدو أن النظام الضوئي الأول ينفذ دورة: يتم إرجاع الإلكترونات المنبعثة إليه. على طول الطريق، ينفقون جزءًا من طاقتهم على تخليق ATP.

الفسفرة الضوئية والفسفرة التأكسدية

يمكن مقارنة المرحلة الضوئية من عملية التمثيل الضوئي بمرحلة التنفس الخلوي - الفسفرة التأكسدية، التي تحدث على أعراف الميتوكوندريا. يحدث تخليق ATP أيضًا هناك بسبب نقل الإلكترونات والبروتونات عبر سلسلة من الناقلات. ومع ذلك، في حالة التمثيل الضوئي، يتم تخزين الطاقة في ATP ليس لاحتياجات الخلية، ولكن بشكل أساسي لاحتياجات المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي. وإذا كان المصدر الأولي للطاقة أثناء التنفس هو المواد العضوية، فعند عملية التمثيل الضوئي يكون ضوء الشمس. يسمى تركيب ATP أثناء عملية التمثيل الضوئي الفسفرة الضوئيةبدلا من الفسفرة التأكسدية.

المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي

لأول مرة، تمت دراسة المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي بالتفصيل من قبل كالفن وبنسون وباسم. دورة التفاعل التي اكتشفوها سُميت فيما بعد بدورة كالفين، أو عملية التمثيل الضوئي C3. في مجموعات معينة من النباتات، يتم ملاحظة مسار التمثيل الضوئي المعدل - C 4، والذي يسمى أيضًا دورة Hatch-Slack.

في التفاعلات المظلمة لعملية التمثيل الضوئي، يتم تثبيت ثاني أكسيد الكربون.تحدث المرحلة المظلمة في سدى البلاستيدات الخضراء.

يحدث اختزال ثاني أكسيد الكربون بسبب طاقة ATP وقوة الاختزال لـ NADP H 2 المتكونة في التفاعلات الضوئية. بدونها، لا يحدث تثبيت الكربون. لذلك، على الرغم من أن المرحلة المظلمة لا تعتمد بشكل مباشر على الضوء، إلا أنها تحدث عادةً في الضوء أيضًا.

دورة كالفين

أول رد فعل للطور المظلم هو إضافة ثاني أكسيد الكربون (CO 2) الكربوكسيلةه) إلى 1,5-ثنائي فوسفات الريبولوز ( ريبولوز-1,5-ثنائي الفوسفات) – ريبف. هذا الأخير هو ريبوز فسفوري مضاعف. يتم تحفيز هذا التفاعل بواسطة إنزيم ريبولوز-1،5-ثنائي فوسفات كربوكسيلاز، والذي يُسمى أيضًا روبيسكو.

نتيجة للكربوكسيل، يتكون مركب غير مستقر مكون من ستة ذرات كربون، والذي يتحلل نتيجة التحلل المائي إلى جزيئين ثلاثيي الكربون حمض الفوسفوجليسريك (PGA)- المنتج الأول لعملية التمثيل الضوئي. ويسمى PGA أيضًا فسفوجليسيرات.

RiBP + CO 2 + H 2 O → 2FGK

يحتوي FHA على ثلاث ذرات كربون، إحداها جزء من مجموعة الكربوكسيل الحمضية (-COOH):

يتكون سكر ثلاثي الكربون (فوسفات جليسرالديهيد) من PGA ثلاثي الفوسفات (TP)، بما في ذلك بالفعل مجموعة ألدهيد (-CHO):

FHA (3-حمض) → TF (3-سكر)

يتطلب هذا التفاعل طاقة ATP وقوة الاختزال لـ NADP H2. TF هو أول كربوهيدرات لعملية التمثيل الضوئي.

بعد ذلك، يتم إنفاق معظم فوسفات ثلاثيوز في تجديد ثنائي فوسفات الريبولوز (RiBP)، والذي يستخدم مرة أخرى لإصلاح ثاني أكسيد الكربون. يتضمن التجديد سلسلة من التفاعلات المستهلكة لـ ATP والتي تتضمن فوسفات السكر مع عدد من ذرات الكربون من 3 إلى 7.

هذه الدورة من RiBF هي دورة كالفين.

جزء أصغر من TF يتكون فيه يترك دورة كالفين. من حيث 6 جزيئات مرتبطة من ثاني أكسيد الكربون، فإن الناتج هو جزيئين من ثلاثي الفوسفات. التفاعل الكلي للدورة مع منتجات المدخلات والمخرجات:

6CO2 + 6H2O → 2TP

في هذه الحالة، تشارك 6 جزيئات من RiBP في الارتباط ويتم تشكيل 12 جزيء من PGA، والتي يتم تحويلها إلى 12 TF، منها 10 جزيئات تبقى في الدورة ويتم تحويلها إلى 6 جزيئات من RiBP. نظرًا لأن TP عبارة عن سكر ثلاثي الكربون، وRiBP عبارة عن سكر مكون من خمسة ذرات كربون، فبالنسبة لذرات الكربون لدينا: 10 * 3 = 6 * 5. عدد ذرات الكربون التي توفر الدورة لا يتغير، كل ما يلزم يتم تجديد RiBP. وتنفق ستة جزيئات ثاني أكسيد الكربون الداخلة في الدورة على تكوين جزيئين من ثلاثي الفوسفات الخارجين من الدورة.

تتطلب دورة كالفين، لكل 6 جزيئات ثاني أكسيد الكربون المرتبطة، 18 جزيء ATP و12 جزيء NADP H 2، والتي تم تصنيعها في تفاعلات الطور الضوئي لعملية التمثيل الضوئي.

يعتمد الحساب على خروج جزيئين من فوسفات ثلاثيوز من الدورة، حيث أن جزيء الجلوكوز المتكون لاحقًا يتضمن 6 ذرات كربون.

ثلاثي الفوسفات (TP) هو المنتج النهائي لدورة كالفين، ولكن من الصعب أن يطلق عليه المنتج النهائي لعملية التمثيل الضوئي، لأنه لا يتراكم تقريبًا، ولكن عند تفاعله مع مواد أخرى، يتحول إلى الجلوكوز والسكروز والنشا والدهون والأحماض الدهنية والأحماض الأمينية. بالإضافة إلى TF، يلعب FGK دورًا مهمًا. ومع ذلك، فإن مثل هذه التفاعلات لا تحدث فقط في الكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي. وبهذا المعنى، فإن المرحلة المظلمة لعملية التمثيل الضوئي هي نفس دورة كالفين.

يتكون السكر سداسي الكربون من FHA عن طريق التحفيز الأنزيمي التدريجي الفركتوز 6-فوسفات، والذي يتحول إلى الجلوكوز. في النباتات، يمكن أن يتبلمر الجلوكوز إلى النشا والسليلوز. يشبه تخليق الكربوهيدرات العملية العكسية لتحلل السكر.

التنفس الضوئي

الأكسجين يمنع عملية التمثيل الضوئي. كلما زاد وجود الأوكسجين في البيئة، قلت كفاءة عملية احتجاز ثاني أكسيد الكربون. والحقيقة هي أن إنزيم كربوكسيلاز ثنائي فوسفات الريبولوز (روبيسكو) يمكن أن يتفاعل ليس فقط مع ثاني أكسيد الكربون، ولكن أيضًا مع الأكسجين. في هذه الحالة، ردود الفعل المظلمة مختلفة بعض الشيء.

الفوسفوجليكولات هو حمض الفوسفوجليكوليك. يتم فصل مجموعة الفوسفات منه على الفور، ويتحول إلى حمض الجليكوليك (جليكولات). ولإعادة تدويره، هناك حاجة إلى الأكسجين مرة أخرى. لذلك، كلما زاد الأكسجين في الغلاف الجوي، زاد تحفيز التنفس الضوئي، وكلما زاد الأكسجين الذي يحتاجه النبات للتخلص من منتجات التفاعل.

التنفس الضوئي هو استهلاك الأكسجين المعتمد على الضوء وإطلاق ثاني أكسيد الكربون.أي أن تبادل الغازات يحدث كما يحدث أثناء التنفس، ولكنه يحدث في البلاستيدات الخضراء ويعتمد على الإشعاع الضوئي. يعتمد التنفس الضوئي على الضوء فقط لأن ثنائي فوسفات الريبولوز يتشكل فقط أثناء عملية التمثيل الضوئي.

أثناء التنفس الضوئي، يتم إرجاع ذرات الكربون من الجليكولات إلى دورة كالفين في شكل حمض فوسفوجليسريك (فوسفوجليسيرات).

2 غليكولات (C2) ← 2 غليوكسيلات (C2) ← 2 غليسين (C2) - CO 2 ← سيرين (C3) ← هيدروكسي بيروفيت (C3) ← غليسيرات (C3) ← FHA (C3)

كما ترون، الإرجاع لم يكتمل، حيث يتم فقدان ذرة كربون واحدة عندما يتم تحويل جزيئين من الجليسين إلى جزيء واحد من الحمض الأميني سيرين، ويتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون.

الأكسجين مطلوب أثناء تحويل الجليكولات إلى جليوكسيلات والجليسين إلى سيرين.

يحدث تحول الجليكولات إلى جليوكسيلات ومن ثم إلى الجلايسين في البيروكسيسومات، وتخليق السيرين في الميتوكوندريا. يدخل السيرين مرة أخرى إلى البيروكسيسومات، حيث يتم تحويله أولاً إلى هيدروكسي بيروفات ثم جلسرات. يدخل الجليسرات بالفعل إلى البلاستيدات الخضراء، حيث يتم تصنيع PGA منه.

التنفس الضوئي هو سمة أساسية للنباتات ذات النوع C 3 من عملية التمثيل الضوئي. يمكن اعتباره ضارًا، حيث يتم إهدار الطاقة في تحويل الجليكولات إلى PGA. من الواضح أن التنفس الضوئي نشأ بسبب حقيقة أن النباتات القديمة لم تكن مستعدة لاستقبال كمية كبيرة من الأكسجين في الغلاف الجوي. في البداية، حدث تطورها في جو غني بثاني أكسيد الكربون، وكان هذا هو الذي استحوذ بشكل أساسي على مركز تفاعل إنزيم الروبيسكو.

عملية التمثيل الضوئي C4، أو دورة هاتش-سلاك

إذا كان أثناء عملية التمثيل الضوئي C 3، فإن المنتج الأول للمرحلة المظلمة هو حمض الفوسفوغليسيريك، الذي يحتوي على ثلاث ذرات كربون، ثم خلال مسار C 4، تكون المنتجات الأولى عبارة عن أحماض تحتوي على أربع ذرات كربون: الماليك، والأكسالوسيتيك، والأسبارتيك.

ويلاحظ التمثيل الضوئي C4 في العديد من النباتات الاستوائية، على سبيل المثال، قصب السكر والذرة.

تمتص نباتات C4 أول أكسيد الكربون بكفاءة أكبر ولا تحتوي تقريبًا على أي تنفس ضوئي.

النباتات التي تستمر فيها المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي على طول مسار C4 لها بنية أوراق خاصة. وفيه، تُحاط الحزم الوعائية بطبقة مزدوجة من الخلايا. الطبقة الداخلية هي بطانة الحزمة الموصلة. الطبقة الخارجية هي خلايا الميزوفيل. تختلف البلاستيدات الخضراء الموجودة في طبقات الخلايا عن بعضها البعض.

تتميز البلاستيدات الخضراء متوسطة الحجم بالجرانا الكبيرة والنشاط العالي للأنظمة الضوئية وغياب إنزيم RiBP-carboxylase (روبيسكو) والنشا. وهذا يعني أن البلاستيدات الخضراء لهذه الخلايا تتكيف بشكل أساسي مع المرحلة الضوئية لعملية التمثيل الضوئي.

في البلاستيدات الخضراء لخلايا الحزمة الوعائية، تكون الجرانا غير مكتملة تقريبًا، لكن تركيز كربوكسيلاز RiBP مرتفع. تتكيف هذه البلاستيدات الخضراء مع المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي.

يدخل ثاني أكسيد الكربون أولاً إلى خلايا الميزوفيل، ويرتبط بالأحماض العضوية، وبهذا الشكل يتم نقله إلى الخلايا الغمدية، ويتم تحريره وربطه بنفس الطريقة كما هو الحال في نباتات C 3. أي أن مسار C 4 يكمل C 3 بدلاً من استبداله.

في الميزوفيل، يتحد ثاني أكسيد الكربون مع فوسفونول بيروفات (PEP) لتكوين أوكسالوسيتات (حمض) يحتوي على أربع ذرات كربون:

يحدث التفاعل بمشاركة إنزيم PEP carboxylase، الذي لديه درجة تقارب أعلى لثاني أكسيد الكربون مقارنة بالروبيسكو. بالإضافة إلى ذلك، لا يتفاعل الكربوكسيلاز PEP مع الأكسجين، مما يعني أنه لا يتم إنفاقه على التنفس الضوئي. وبالتالي، فإن ميزة التمثيل الضوئي C4 هي التثبيت الأكثر كفاءة لثاني أكسيد الكربون، وزيادة تركيزه في الخلايا الغمدية، وبالتالي، التشغيل الأكثر كفاءة لـ RiBP carboxylase، والذي لا يتم إنفاقه تقريبًا على التنفس الضوئي.

يتم تحويل أوكسالوسيتات إلى حمض ثنائي الكربوكسيل رباعي الكربون (مالات أو أسبارتات)، والذي يتم نقله إلى البلاستيدات الخضراء لخلايا غلاف الحزمة. هنا يتم نزع الكربوكسيل من الحمض (إزالة ثاني أكسيد الكربون)، وتأكسد (إزالة الهيدروجين) وتحويله إلى البيروفات. الهيدروجين يقلل NADP. يعود البيروفات إلى الميزوفيل، حيث يتم تجديد PEP منه مع استهلاك ATP.

يذهب ثاني أكسيد الكربون المنفصل في البلاستيدات الخضراء للخلايا الغمدية إلى مسار C3 المعتاد للمرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي، أي إلى دورة كالفين.

تتطلب عملية التمثيل الضوئي عبر مسار Hatch-Slack المزيد من الطاقة.

من المعتقد أن مسار C4 نشأ في وقت لاحق من التطور مقارنة بمسار C3 وهو إلى حد كبير تكيف ضد التنفس الضوئي.

تنتهي عملية التمثيل الضوئي بتفاعلات المرحلة المظلمة، والتي يتم خلالها تشكيل الكربوهيدرات. ولتنفيذ هذه التفاعلات، يتم استخدام الطاقة والمواد المخزنة خلال مرحلة الضوء: مُنحت جائزة نوبل عام 1961 لاكتشاف دورة التفاعلات هذه. سنحاول التحدث بإيجاز ووضوح عن المرحلة المظلمة لعملية التمثيل الضوئي.

التوطين والشروط

تحدث تفاعلات المرحلة المظلمة في سدى (مصفوفة) البلاستيدات الخضراء. وهي لا تعتمد على وجود الضوء، لأن الطاقة التي تحتاجها مخزنة بالفعل على شكل ATP.

لتخليق الكربوهيدرات، يتم استخدام الهيدروجين الذي يتم الحصول عليه من التحلل الضوئي للماء والمرتبط بجزيئات NADPH₂. من الضروري أيضًا وجود السكريات التي سترتبط بها ذرة الكربون من جزيء ثاني أكسيد الكربون.

مصدر السكريات للنباتات النابتة هو السويداء - وهي مواد احتياطية موجودة في البذور ويتم الحصول عليها من النبات الأم.

دراسة

تم اكتشاف مجموعة التفاعلات الكيميائية للمرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي والتي تؤدي إلى تكوين الجلوكوز بواسطة M. Calvin ومعاونيه.

أعلى 4 مقالاتالذين يقرؤون جنبا إلى جنب مع هذا

أرز. 1. ملفين كالفين في المختبر.

الخطوة الأولى في المرحلة هي الحصول على مركبات تحتوي على ثلاث ذرات كربون.

بالنسبة لبعض النباتات، ستكون الخطوة الأولى هي تكوين الأحماض العضوية التي تحتوي على 4 ذرات كربون. اكتشف هذا المسار العلماء الأستراليون M. Hatch و S. Slack ويسمى C₄ - التمثيل الضوئي.

نتيجة عملية التمثيل الضوئي C₄ هي أيضًا الجلوكوز والسكريات الأخرى.

ملزمة CO₂

بسبب طاقة ATP التي يتم الحصول عليها في مرحلة الضوء، يتم تنشيط جزيئات فوسفات الريبولوز في السدى. يتم تحويله إلى مركب الريبولوز ثنائي الفوسفات عالي التفاعل (RDP)، والذي يحتوي على 5 ذرات كربون.

أرز. 2. مخطط ربط ثاني أكسيد الكربون بـ RDF.

يتم تكوين جزيئين من حمض الفسفوغليسريك (PGA)، الذي يحتوي على ثلاث ذرات كربون. في الخطوة التالية، يتفاعل PGA مع ATP ويشكل حمض ثنائي فسفوغليسريك. يتفاعل DiPHA مع NADPH₂ ويتم تقليله إلى phosphoglyceraldehyde (PGA).

تحدث جميع التفاعلات فقط تحت تأثير الإنزيمات المناسبة.

PHA يشكل فسفوديوكسي أسيتون.

تشكيل السداسي

في المرحلة التالية، عن طريق تكثيف PHA وphosphodioxyacetone، يتكون ثنائي فوسفات الفركتوز، الذي يحتوي على 6 ذرات كربون وهو المادة الأولية لتكوين السكروز والسكريات.

أرز. 3. مخطط المرحلة المظلمة لعملية التمثيل الضوئي.

يمكن أن يتفاعل ثنائي فوسفات الفركتوز مع PHA ومنتجات المرحلة المظلمة الأخرى، مما يؤدي إلى ظهور سلاسل من السكريات 4 و5 و6 و7 كربون. أحد المنتجات الثابتة لعملية التمثيل الضوئي هو فوسفات الريبولوز، والذي يتم تضمينه مرة أخرى في دورة التفاعل، ويتفاعل مع ATP. للحصول على جزيء الجلوكوز، فإنه يخضع لـ 6 دورات من تفاعلات المرحلة المظلمة.

الكربوهيدرات هي المنتج الرئيسي لعملية التمثيل الضوئي، ولكن الأحماض الأمينية والأحماض الدهنية والجليكوليبيدات تتشكل أيضًا من المنتجات الوسيطة لدورة كالفين.

وهكذا، في جسم النبات، تعتمد العديد من الوظائف على ما يحدث في المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي. تُستخدم المواد التي تم الحصول عليها في هذه المرحلة في التخليق الحيوي للبروتينات والدهون والتنفس والعمليات الأخرى داخل الخلايا.

ماذا تعلمنا؟

أثناء دراسة عملية التمثيل الضوئي في الصف العاشر، اكتشفنا العمليات التي تحدث في كلتا مرحلتيها. تتميز المرحلة المظلمة بالميزات التالية: تكوين المواد العضوية، وتحويل ATP إلى ADP وإطلاق الطاقة، وامتصاص ثاني أكسيد الكربون. من العناصر ذات الأهمية الرئيسية في دورة كالفين: ثنائي فوسفات الريبولوز، كمستقبل لثاني أكسيد الكربون، وثنائي فوسفات الفركتوز، كأول كربوهيدرات سداسية الذرة، بما في ذلك ذرة الكربون المرتبطة بثاني أكسيد الكربون.

اختبار حول الموضوع

تقييم التقرير

متوسط ​​تقييم: 4 . إجمالي التقييمات المستلمة: 188.

التمثيل الضوئي هو العملية التي تؤدي إلى تكوين وإطلاق الأكسجين بواسطة الخلايا النباتية وبعض أنواع البكتيريا.

مبدأ اساسي

عملية التمثيل الضوئي ليست أكثر من سلسلة من التفاعلات الفيزيائية والكيميائية الفريدة. مما تتكون؟ تمتص النباتات الخضراء، وكذلك بعض أنواع البكتيريا، ضوء الشمس وتحوله إلى طاقة كهرومغناطيسية. والنتيجة النهائية لعملية التمثيل الضوئي هي طاقة الروابط الكيميائية للمركبات العضوية المختلفة.

في النبات المعرض لأشعة الشمس، تحدث تفاعلات الأكسدة والاختزال في تسلسل معين. ينتقل الماء والهيدروجين، وهما من عوامل الاختزال المانحة، على شكل إلكترونات إلى عامل الأكسدة المستقبلة (ثاني أكسيد الكربون والأسيتات). ونتيجة لذلك، يتم تشكيل مركبات الكربوهيدرات المخفضة، وكذلك الأكسجين، الذي تطلقه النباتات.

تاريخ دراسة عملية التمثيل الضوئي

لآلاف السنين، كان الإنسان مقتنعًا بأن تغذية النبات تحدث من خلال نظام جذره من خلال التربة. وفي بداية القرن السادس عشر، أجرى عالم الطبيعة الهولندي جان فان هيلمونت تجربة لزراعة النبات في أصيص. بعد وزن التربة قبل الزراعة وبعد أن يصل النبات إلى حجم معين، خلص إلى أن جميع ممثلي النباتات يحصلون على العناصر الغذائية بشكل رئيسي من الماء. وقد التزم العلماء بهذه النظرية طوال القرنين التاليين.

تم وضع افتراض غير متوقع ولكنه صحيح حول تغذية النبات في عام 1771 من قبل الكيميائي الإنجليزي جوزيف بريستلي. أثبتت التجارب التي أجراها بشكل مقنع أن النباتات قادرة على تنقية الهواء الذي لم يكن مناسبًا في السابق للتنفس البشري. في وقت لاحق إلى حد ما، تم التوصل إلى أن هذه العمليات مستحيلة دون مشاركة ضوء الشمس. لقد وجد العلماء أن أوراق النباتات الخضراء تقوم بأكثر من مجرد تحويل ثاني أكسيد الكربون الذي تتلقاه إلى أكسجين. بدون هذه العملية حياتهم مستحيلة. ويعمل ثاني أكسيد الكربون، إلى جانب الماء والأملاح المعدنية، كغذاء للنباتات. هذه هي الأهمية الرئيسية لعملية التمثيل الضوئي لجميع ممثلي النباتات.

دور الأكسجين في الحياة على الأرض

ساعدت التجارب التي أجراها الكيميائي الإنجليزي بريستلي البشرية على تفسير سبب بقاء الهواء على كوكبنا قابلاً للتنفس. ففي نهاية المطاف، تستمر الحياة على الرغم من وجود عدد كبير من الكائنات الحية واحتراق حرائق لا حصر لها.

كان ظهور الحياة على الأرض منذ مليارات السنين مستحيلاً بكل بساطة. الغلاف الجوي لكوكبنا لا يحتوي على أكسجين حر. لقد تغير كل شيء مع ظهور النباتات. كل الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي اليوم هو نتيجة لعملية التمثيل الضوئي التي تحدث في الأوراق الخضراء. غيرت هذه العملية مظهر الأرض وأعطت زخما لتطور الحياة. لم تدرك البشرية هذه الأهمية التي لا تقدر بثمن لعملية التمثيل الضوئي إلا في نهاية القرن الثامن عشر.

ليس من المبالغة القول إن وجود الناس على كوكبنا يعتمد على حالة عالم النبات. تكمن أهمية عملية التمثيل الضوئي في دورها الرائد في حدوث عمليات المحيط الحيوي المختلفة. وعلى المستوى العالمي، يؤدي هذا التفاعل الفيزيائي الكيميائي المذهل إلى تكوين مواد عضوية من مواد غير عضوية.

تصنيف عمليات البناء الضوئي

تحدث ثلاثة تفاعلات مهمة في الورقة الخضراء. أنها تمثل عملية التمثيل الضوئي. ويستخدم الجدول الذي سجلت فيه هذه التفاعلات في دراسة علم الأحياء. وتشمل خطوطها:

البناء الضوئي؛
- تبادل الغازات.
- تبخر الماء.

تلك التفاعلات الفيزيائية والكيميائية التي تحدث في النبات أثناء النهار تسمح للأوراق الخضراء بإطلاق ثاني أكسيد الكربون والأكسجين. في الظلام - فقط الأول من هذين المكونين.

يحدث تخليق الكلوروفيل في بعض النباتات حتى في الإضاءة المنخفضة والمنتشرة.

المراحل الرئيسية

هناك مرحلتان من عملية التمثيل الضوئي، والتي ترتبط ارتباطا وثيقا ببعضها البعض. في المرحلة الأولى، يتم تحويل طاقة الأشعة الضوئية إلى مركبات عالية الطاقة ATP وعوامل اختزال عالمية NADPH. وهذان العنصران هما المنتجات الأساسية لعملية التمثيل الضوئي.

في المرحلة الثانية (المظلمة)، يتم استخدام ATP وNADPH الناتج لتثبيت ثاني أكسيد الكربون حتى يتم اختزاله إلى كربوهيدرات. تختلف مرحلتي عملية التمثيل الضوئي ليس فقط في الوقت المناسب. كما أنها تحدث في مساحات مختلفة. لأي شخص يدرس موضوع “التمثيل الضوئي” في علم الأحياء، فإن الجدول الذي يحتوي على إشارة دقيقة لخصائص المرحلتين سيساعد في فهم أكثر دقة للعملية.

آلية إنتاج الأكسجين

بعد أن تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون، يتم تصنيع العناصر الغذائية. تحدث هذه العملية في أصباغ خضراء تسمى الكلوروفيل عند تعرضها لأشعة الشمس. المكونات الرئيسية لهذا التفاعل المذهل هي:

ضوء؛
- البلاستيدات الخضراء.
- ماء؛
- ثاني أكسيد الكربون؛
- درجة حرارة.

تسلسل عملية التمثيل الضوئي

تنتج النباتات الأكسجين على مراحل. المراحل الرئيسية لعملية التمثيل الضوئي هي كما يلي:

امتصاص الضوء بواسطة الكلوروفيل.
- تقسيم الماء الذي يتم الحصول عليه من التربة إلى أكسجين وهيدروجين بواسطة البلاستيدات الخضراء (عضيات داخل الخلايا ذات صبغة خضراء)؛
- حركة جزء من الأكسجين في الغلاف الجوي، والآخر لعملية التنفس في النباتات؛
- تكوين جزيئات السكر في حبيبات البروتين (البيرينويدات) من النباتات؛
- إنتاج النشويات والفيتامينات والدهون وغيرها. نتيجة خلط السكر مع النيتروجين.

على الرغم من أن عملية التمثيل الضوئي تتطلب ضوء الشمس، إلا أن هذا التفاعل يمكن أن يحدث أيضًا تحت الضوء الاصطناعي.

دور النباتات بالنسبة للأرض

لقد تمت بالفعل دراسة العمليات الأساسية التي تحدث في الورقة الخضراء بشكل كامل من قبل علم الأحياء. أهمية التمثيل الضوئي للغلاف الحيوي هائلة. هذا هو التفاعل الوحيد الذي يؤدي إلى زيادة كمية الطاقة الحرة.

أثناء عملية التمثيل الضوئي، يتم تشكيل مائة وخمسين مليار طن من المواد العضوية كل عام. بالإضافة إلى ذلك، خلال هذه الفترة، تطلق النباتات ما يقرب من 200 مليون طن من الأكسجين. وفي هذا الصدد، يمكن القول بأن دور التمثيل الضوئي هائل للبشرية جمعاء، لأن هذه العملية بمثابة المصدر الرئيسي للطاقة على الأرض.

في عملية التفاعل الفيزيائي الكيميائي الفريد، تحدث دورة الكربون والأكسجين والعديد من العناصر الأخرى. وهذا يعني أهمية أخرى مهمة لعملية التمثيل الضوئي في الطبيعة. يحافظ رد الفعل هذا على تكوين معين للغلاف الجوي الذي تكون فيه الحياة على الأرض ممكنة.

عملية تحدث في النباتات تحد من كمية ثاني أكسيد الكربون، وتمنعه ​​من التراكم بتركيزات متزايدة. وهذا أيضًا دور مهم في عملية التمثيل الضوئي. على الأرض، وذلك بفضل النباتات الخضراء، لا يتم إنشاء ما يسمى بتأثير الاحتباس الحراري. تحمي النباتات كوكبنا بشكل موثوق من ارتفاع درجة الحرارة.

النباتات كأساس للتغذية

دور التمثيل الضوئي مهم للغابات والزراعة. عالم النبات هو القاعدة الغذائية لجميع الكائنات غيرية التغذية. ومع ذلك، فإن أهمية عملية التمثيل الضوئي لا تكمن فقط في امتصاص ثاني أكسيد الكربون عن طريق الأوراق الخضراء وإنتاج منتج نهائي ذو تفاعل فريد مثل السكر. النباتات قادرة على تحويل مركبات النيتروجين والكبريت إلى مواد تشكل أجسامها.

كيف يحدث هذا؟ ما أهمية عملية البناء الضوئي في حياة النبات؟ وتتم هذه العملية من خلال إنتاج أيونات النترات بواسطة النبات. وتوجد هذه العناصر في مياه التربة. يدخلون النبات من خلال نظام الجذر. تقوم خلايا الكائن الحي الأخضر بمعالجة أيونات النترات وتحويلها إلى أحماض أمينية، والتي تشكل سلاسل البروتين. تنتج عملية التمثيل الضوئي أيضًا مكونات دهنية. وهي مواد احتياطية مهمة للنباتات. وبالتالي فإن بذور العديد من الفواكه تحتوي على زيت مغذ. وهذا المنتج مهم أيضاً للإنسان، حيث يدخل في الصناعات الغذائية والزراعية.

دور عملية التمثيل الضوئي في إنتاج المحاصيل

في الممارسة العالمية للمؤسسات الزراعية، يتم استخدام نتائج دراسة الأنماط الأساسية لتطوير النباتات ونموها على نطاق واسع. كما تعلمون، أساس تكوين المحاصيل هو التمثيل الضوئي. وتعتمد شدتها بدورها على النظام المائي للمحاصيل وكذلك على تغذيتها المعدنية. كيف يمكن للإنسان أن يحقق زيادة في كثافة المحاصيل وحجم الأوراق بحيث يستفيد النبات من طاقة الشمس إلى أقصى حد ويأخذ ثاني أكسيد الكربون من الجو؟ ولتحقيق ذلك، تم تحسين ظروف التغذية المعدنية وإمدادات المياه للمحاصيل الزراعية.

لقد ثبت علميا أن العائد يعتمد على مساحة الأوراق الخضراء، وكذلك على شدة ومدة العمليات التي تحدث فيها. ولكن في الوقت نفسه، تؤدي زيادة كثافة المحاصيل إلى تظليل الأوراق. لا يمكن لأشعة الشمس أن تخترقها، وبسبب تدهور تهوية الكتل الهوائية، يدخل ثاني أكسيد الكربون بكميات صغيرة. ونتيجة لذلك يتناقص نشاط عملية التمثيل الضوئي وتقل إنتاجية النبات.

دور عملية التمثيل الضوئي في المحيط الحيوي

وفقًا للتقديرات الأكثر تقريبية، فإن النباتات ذاتية التغذية التي تعيش في مياه المحيط العالمي هي التي تحول سنويًا من 20 إلى 155 مليار طن من الكربون إلى مادة عضوية. وذلك على الرغم من أن طاقة الأشعة الشمسية تستهلكها بنسبة 0.11% فقط. أما النباتات الأرضية فتمتص سنويا من 16 إلى 24 مليار طن من الكربون. تشير كل هذه البيانات بشكل مقنع إلى مدى أهمية عملية التمثيل الضوئي في الطبيعة. فقط نتيجة لهذا التفاعل يتم تجديد الغلاف الجوي بالأكسجين الجزيئي الضروري للحياة، وهو ضروري للاحتراق والتنفس والأنشطة الصناعية المختلفة. ويعتقد بعض العلماء أنه عندما تزيد مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، فإن معدل عملية التمثيل الضوئي يزداد. وفي الوقت نفسه، يتم تجديد الغلاف الجوي بالأكسجين المفقود.

الدور الكوني لعملية التمثيل الضوئي

النباتات الخضراء هي وسطاء بين كوكبنا والشمس. إنهم يلتقطون طاقة الجسم السماوي ويضمنون وجود الحياة على كوكبنا.

التمثيل الضوئي هو عملية يمكن مناقشتها على نطاق كوني، لأنها ساهمت ذات مرة في تحويل صورة كوكبنا. وبفضل التفاعل الذي يحدث في الأوراق الخضراء، فإن طاقة أشعة الشمس لا تتبدد في الفضاء. يتحول إلى طاقة كيميائية للمواد العضوية المتكونة حديثًا.

يحتاج المجتمع البشري إلى منتجات التمثيل الضوئي ليس فقط من أجل الغذاء، ولكن أيضًا من أجل الأنشطة الاقتصادية.

ومع ذلك، ليس فقط أشعة الشمس التي تقع على أرضنا في الوقت الحاضر مهمة للبشرية. تعتبر منتجات التمثيل الضوئي التي تم الحصول عليها منذ ملايين السنين ضرورية للغاية لأنشطة الحياة والإنتاج. توجد في أحشاء الكوكب على شكل طبقات من الفحم والغاز القابل للاحتراق والنفط ورواسب الخث.

هناك ثلاثة أنواع من البلاستيدات:

• البلاستيدات الخضراء- اللون الأخضر، الوظيفة - التمثيل الضوئي
• البلاستيدات الملونة- الأحمر والأصفر، هما البلاستيدات الخضراء المتهالكة، ويمكنهما إعطاء ألوان زاهية للبتلات والفواكه.
• ليوكوبلاست- عديم اللون، وظيفة - تخزين المواد.

هيكل البلاستيدات الخضراء

مغطاة بغشاءين. الغشاء الخارجي أملس، والداخلي به نتوءات إلى الداخل - ثايلاكويدات. تسمى أكوام من الثايلاكويدات القصيرة بقولياتفهي تزيد من مساحة الغشاء الداخلي لاستيعاب أكبر عدد ممكن من إنزيمات التمثيل الضوئي.

تسمى البيئة الداخلية للبلاستيدات الخضراء بالسدى. يحتوي على الحمض النووي الدائري والريبوسومات، التي تجعل البلاستيدات الخضراء جزءًا من بروتيناتها بشكل مستقل، ولهذا السبب يطلق عليها عضيات شبه مستقلة. (يُعتقد أن البلاستيدات كانت في السابق بكتيريا حرة تمتصها خلية كبيرة، ولكن لا يتم هضمها).

التمثيل الضوئي (بسيط)

في الأوراق الخضراء في الضوء
في البلاستيدات الخضراء باستخدام الكلوروفيل
من ثاني أكسيد الكربون والماء
يتم تصنيع الجلوكوز والأكسجين.

التمثيل الضوئي (صعوبة متوسطة)

1. مرحلة الضوء.
يحدث في الضوء في جرانا البلاستيدات الخضراء. تحت تأثير الضوء، يحدث تحلل (تحلل ضوئي) للماء، مما ينتج عنه الأكسجين الذي يتم إطلاقه، وكذلك ذرات الهيدروجين (NADP-H) وطاقة ATP، والتي يتم استخدامها في المرحلة التالية.

2. المرحلة المظلمة.
يحدث في الضوء والظلام (ليس هناك حاجة للضوء)، في سدى البلاستيدات الخضراء. من ثاني أكسيد الكربون الذي تم الحصول عليه من البيئة وذرات الهيدروجين التي تم الحصول عليها في المرحلة السابقة، يتم تصنيع الجلوكوز باستخدام طاقة ATP التي تم الحصول عليها في المرحلة السابقة.

اختر الخيار الصحيح. عضية خلوية تحتوي على جزيء DNA
1) الريبوسوم
2) البلاستيدات الخضراء
3) مركز الخلية
4) مجمع جولجي

إجابة

اختر الخيار الصحيح. في تركيب ما المادة التي تشارك ذرات الهيدروجين في المرحلة المظلمة لعملية التمثيل الضوئي؟
1) NADP-2H
2) الجلوكوز
3) اعبي التنس المحترفين
4) الماء

إجابة

اختر الخيار الصحيح. ما هي العضية الخلوية التي تحتوي على الحمض النووي؟
1) فجوة
2) الريبوسوم
3) البلاستيدات الخضراء
4) الليزوزوم

إجابة

اختر الخيار الصحيح. في الخلايا، يحدث تخليق الجلوكوز الأولي
1) الميتوكوندريا
2) الشبكة الإندوبلازمية
3) مجمع جولجي
4) البلاستيدات الخضراء

إجابة

اختر الخيار الصحيح. تتشكل جزيئات الأكسجين أثناء عملية التمثيل الضوئي بسبب تحلل الجزيئات
1) ثاني أكسيد الكربون
2) الجلوكوز
3) اعبي التنس المحترفين
4) الماء

إجابة

اختر الخيار الصحيح. ينبغي اعتبار عملية التمثيل الضوئي إحدى الروابط المهمة في دورة الكربون في المحيط الحيوي، حيث إنها خلالها
1) تمتص النباتات الكربون من الطبيعة الجامدة إلى المادة الحية
2) تطلق النباتات الأكسجين في الغلاف الجوي
3) تطلق الكائنات الحية ثاني أكسيد الكربون أثناء التنفس
4) الإنتاج الصناعي يجدد الغلاف الجوي بثاني أكسيد الكربون

إجابة

اختر الخيار الصحيح. هل العبارات التالية حول عملية البناء الضوئي صحيحة؟ أ) في مرحلة الضوء، تتحول طاقة الضوء إلى طاقة الروابط الكيميائية للجلوكوز. ب) تحدث تفاعلات الطور المظلم على أغشية الثايلاكويد التي تدخل إليها جزيئات ثاني أكسيد الكربون.
1) أ فقط هو الصحيح
2) فقط ب هو الصحيح
3) كلا الحكمين صحيحان
4) كلا الحكمين غير صحيحين

إجابة

البلاستيدات الخضراء
1. يمكن استخدام جميع الخصائص التالية، باستثناء اثنتين، لوصف بنية ووظائف البلاستيدات الخضراء. حدد خاصيتين "تسقطان" من القائمة العامة واكتب الأرقام المشار إليها تحتهما.
1) عضية ذات غشاء مزدوج
2) لديه جزيء الحمض النووي المغلق الخاص به
3) عضية شبه مستقلة
4) يشكل المغزل
5) مليئة عصارة الخلية بالسكروز

إجابة

2. حدد ثلاث ميزات لهيكل ووظائف البلاستيدات الخضراء
1) تشكل الأغشية الداخلية أعرافاً
2) حدوث العديد من التفاعلات في الحبوب
3) يحدث فيها تخليق الجلوكوز
4) هي موقع تخليق الدهون
5) تتكون من جزيئتين مختلفتين
6) عضيات ذات غشاء مزدوج

إجابة

3. اختر ثلاث إجابات صحيحة من أصل ستة واكتب الأرقام المشار إليها تحتها. تحدث العمليات التالية في البلاستيدات الخضراء للخلايا النباتية:
1) التحلل المائي للسكريات
2) انهيار حمض البيروفيك
3) التحلل الضوئي للماء
4) تحلل الدهون إلى أحماض دهنية وجلسرين
5) تركيب الكربوهيدرات
6) توليف ATP

إجابة

البلاستيدات الخضراء باستثناء
1. المصطلحات التالية، باستثناء اثنين، تستخدم لوصف البلاستيدات. حدد المصطلحين "المتسربين" من القائمة العامة واكتب الأرقام المشار إليها في الجدول.
1) الصباغ
2) الجليكوكليكس
3) جرانا
4) كريستا
5) ثايلاكويد

إجابة

2. يمكن استخدام جميع الخصائص التالية باستثناء اثنتين لوصف البلاستيدات الخضراء. حدد خاصيتين "تسقطان" من القائمة العامة واكتب الأرقام التي يشار إليها تحتها.
1) عضيات ذات غشاء مزدوج
2) استخدام الطاقة الضوئية لتكوين المواد العضوية
3) تشكل الأغشية الداخلية أعرافاً
4) يحدث تخليق الجلوكوز على أغشية الأعراف
5) المواد الأولية لتخليق الكربوهيدرات هي ثاني أكسيد الكربون والماء

إجابة

ستروما - ثايلاكويد
إنشاء مراسلات بين العمليات وتوطينها في البلاستيدات الخضراء: 1) السدى، 2) الثايلاكويد. اكتب الأرقام 1 و 2 بالترتيب المطابق للحروف.
أ) استخدام ATP
ب) التحلل الضوئي للماء
ب) تحفيز الكلوروفيل
د) تكوين البنتوز
د) نقل الإلكترون على طول سلسلة الإنزيم

إجابة

1. الميزات المذكورة أدناه، باستثناء اثنتين منها، تُستخدم لوصف بنية ووظائف عضية الخلية الموضحة. حدد خاصيتين "تسقطان" من القائمة العامة واكتب الأرقام التي يشار إليها تحتها.

2) يتراكم جزيئات ATP
3) يوفر عملية التمثيل الضوئي

5) يتمتع بشبه الحكم الذاتي

إجابة

2. يمكن استخدام جميع الخصائص المذكورة أدناه، باستثناء اثنتين، لوصف عضية الخلية الموضحة في الشكل. حدد خاصيتين "تسقطان" من القائمة العامة واكتب الأرقام المشار إليها تحتهما.
1) عضية ذات غشاء واحد
2) يتكون من العرف والكروماتين
3) يحتوي على الحمض النووي الدائري
4) يصنع البروتين الخاص به
5) قادرة على القسمة

إجابة

تُستخدم الميزات المذكورة أدناه، باستثناء اثنتين منها، لوصف بنية ووظائف عضية الخلية الموضحة. حدد خاصيتين "تسقطان" من القائمة العامة واكتب الأرقام التي يشار إليها تحتها.
1) تحلل البوليمرات الحيوية إلى مونومرات
2) يتراكم جزيئات ATP
3) يوفر عملية التمثيل الضوئي
4) يشير إلى عضيات الغشاء المزدوج
5) يتمتع بشبه الحكم الذاتي

إجابة

ضوء
1. اختر إجابتين صحيحتين من أصل خمسة واكتب الأرقام المشار إليها تحتهما. خلال المرحلة الضوئية لعملية التمثيل الضوئي في الخلية
1) يتكون الأكسجين نتيجة تحلل جزيئات الماء
2) يتم تصنيع الكربوهيدرات من ثاني أكسيد الكربون والماء
3) تحدث بلمرة جزيئات الجلوكوز لتكوين النشا
4) يتم تصنيع جزيئات ATP
5) يتم إنفاق طاقة جزيئات ATP على تخليق الكربوهيدرات

إجابة

2. حدِّد ثلاث عبارات صحيحة من القائمة العامة، واكتب الأرقام المبينة تحتها في الجدول. خلال مرحلة الضوء يحدث التمثيل الضوئي
1) التحلل الضوئي للماء


4) اتصال الهيدروجين مع الناقل NADP+

إجابة

الضوء باستثناء
1. يمكن استخدام جميع العلامات أدناه، باستثناء اثنتين، لتحديد عمليات الطور الضوئي لعملية التمثيل الضوئي. حدد خاصيتين "تسقطان" من القائمة العامة واكتب الأرقام المشار إليها تحتهما.
1) التحلل الضوئي للماء
2) اختزال ثاني أكسيد الكربون إلى جلوكوز
3) تصنيع جزيئات ATP باستخدام طاقة ضوء الشمس
4) تكوين الأكسجين الجزيئي
5) استخدام طاقة جزيئات ATP لتخليق الكربوهيدرات

إجابة

2. يمكن استخدام جميع الخصائص المذكورة أدناه، باستثناء اثنتين، لوصف المرحلة الضوئية لعملية التمثيل الضوئي. حدد خاصيتين "تسقطان" من القائمة العامة واكتب الأرقام المشار إليها تحتهما.
1) يتكون منتج ثانوي - الأكسجين
2) يحدث في سدى البلاستيدات الخضراء
3) ربط ثاني أكسيد الكربون
4) توليف ATP
5) التحلل الضوئي للماء

إجابة

3. جميع الخصائص المذكورة أدناه، باستثناء اثنتين، تستخدم لوصف مرحلة البناء الضوئي الموضحة في الشكل. حدد خاصيتين "تسقطان" من القائمة العامة واكتب الأرقام التي يشار إليها تحتها. في هذه المرحلة
1) يحدث تخليق الجلوكوز
2) تبدأ دورة كالفين
3) يتم تصنيع ATP
4) يحدث التحلل الضوئي للماء
5) يتحد الهيدروجين مع NADP

إجابة

مظلم
اختر ثلاثة خيارات. تتميز المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي بـ
1) حدوث عمليات على الأغشية الداخلية للبلاستيدات الخضراء
2) تخليق الجلوكوز
3) تثبيت ثاني أكسيد الكربون
4) مسار العمليات في سدى البلاستيدات الخضراء
5) وجود التحلل الضوئي للماء
6) تكوين ATP

إجابة

الظلام باستثناء
1. المفاهيم المذكورة أدناه، باستثناء اثنين، تستخدم لوصف المرحلة المظلمة لعملية التمثيل الضوئي. حدد مفهومين "يسقطان" من القائمة العامة واكتب الأرقام التي يشار إليها تحتها.

2) التحلل الضوئي
3) أكسدة NADP 2H
4) جرانا
5) السدى

إجابة

2. جميع الخصائص المذكورة أدناه، باستثناء اثنين، تستخدم لوصف المرحلة المظلمة لعملية التمثيل الضوئي. حدد خاصيتين "تسقطان" من القائمة العامة واكتب الأرقام المشار إليها تحتهما.
1) تكوين الأكسجين
2) تثبيت ثاني أكسيد الكربون
3) استخدام طاقة ATP
4) تخليق الجلوكوز
5) تحفيز الكلوروفيل

إجابة

فاتح - داكن
1. إنشاء تطابق بين عملية التمثيل الضوئي والمرحلة التي تحدث فيها: 1) الضوء، 2) الظلام. اكتب الرقمين 1 و 2 بالترتيب الصحيح.
أ) تكوين جزيئات NADP-2H
ب) إطلاق الأكسجين
ب) تخليق السكريات الأحادية
د) تخليق جزيئات ATP
د) إضافة ثاني أكسيد الكربون إلى الكربوهيدرات

إجابة

2. إنشاء تطابق بين الخاصية ومرحلة التمثيل الضوئي: 1) الضوء، 2) الظلام. اكتب الرقمين 1 و 2 بالترتيب الصحيح.
أ) التحلل الضوئي للماء
ب) تثبيت ثاني أكسيد الكربون
ب) تقسيم جزيئات ATP
د) إثارة الكلوروفيل بواسطة الكمات الضوئية
د) تخليق الجلوكوز

إجابة

3. إنشاء تطابق بين عملية التمثيل الضوئي والمرحلة التي تحدث فيها: 1) الضوء، 2) الظلام. اكتب الرقمين 1 و 2 بالترتيب الصحيح.
أ) تكوين جزيئات NADP*2H
ب) إطلاق الأكسجين
ب) تخليق الجلوكوز
د) تخليق جزيئات ATP
د) تخفيض ثاني أكسيد الكربون

إجابة

4. إنشاء تطابق بين العمليات ومرحلة التمثيل الضوئي: 1) الضوء، 2) الظلام. اكتب الأرقام 1 و 2 بالترتيب المطابق للحروف.
أ) بلمرة الجلوكوز
ب) ربط ثاني أكسيد الكربون
ب) توليف ATP
د) التحلل الضوئي للماء
د) تكوين ذرات الهيدروجين
ه) تخليق الجلوكوز

إجابة

5. إنشاء تطابق بين مراحل التمثيل الضوئي وخصائصها: 1) الضوء، 2) الظلام. اكتب الأرقام 1 و 2 بالترتيب المطابق للحروف.
أ) يحدث التحلل الضوئي للماء
ب) يتكون ATP
ب) ينطلق الأكسجين إلى الغلاف الجوي
د) يستمر في إنفاق طاقة ATP
د) يمكن أن تحدث التفاعلات في الضوء وفي الظلام

إجابة

6 سبت. إنشاء تطابق بين مراحل عملية التمثيل الضوئي وخصائصها: 1) الضوء، 2) الظلام. اكتب الأرقام 1 و 2 بالترتيب المطابق للحروف.
أ) استعادة NADP+
ب) نقل أيونات الهيدروجين عبر الغشاء
ب) يحدث في جرانا البلاستيدات الخضراء
د) يتم تصنيع جزيئات الكربوهيدرات
د) تنتقل إلكترونات الكلوروفيل إلى مستوى طاقة أعلى
ه) يتم استهلاك طاقة ATP

إجابة

تشكيل 7:
أ) حركة الإلكترونات المثارة
ب) تحويل NADP-2R إلى NADP+
ب) أكسدة NADPH
د) يتكون الأكسجين الجزيئي
د) تحدث العمليات في سدى البلاستيدات الخضراء

التبعية
1. تحديد التسلسل الصحيح للعمليات التي تحدث أثناء عملية التمثيل الضوئي. اكتب الأرقام المشار إليها في الجدول.
1) استخدام ثاني أكسيد الكربون
2) تكوين الأكسجين
3) تركيب الكربوهيدرات
4) تخليق جزيئات ATP
5) إثارة الكلوروفيل

إجابة

2. تحديد التسلسل الصحيح لعمليات التمثيل الضوئي.
1) تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة ATP
2) تكوين إلكترونات الكلوروفيل المثارة
3) تثبيت ثاني أكسيد الكربون
4) تكوين النشا
5) تحويل طاقة ATP إلى طاقة جلوكوز

إجابة

3. تحديد تسلسل العمليات التي تحدث أثناء عملية التمثيل الضوئي. اكتب التسلسل المقابل للأرقام.
1) تثبيت ثاني أكسيد الكربون
2) انهيار ATP وإطلاق الطاقة
3) تخليق الجلوكوز
4) تخليق جزيئات ATP
5) تحفيز الكلوروفيل

إجابة

البناء الضوئي
حدد عضيات الخلية وبنيتها المشاركة في عملية التمثيل الضوئي.
1) الليزوزومات
2) البلاستيدات الخضراء
3) الثايلاكويدات
4) الحبوب
5) الفجوات
6) الريبوسومات

إجابة

التمثيل الضوئي باستثناء
يمكن استخدام جميع الخصائص التالية باستثناء اثنتين لوصف عملية التمثيل الضوئي. حدد خاصيتين "سقطتا" من القائمة العامة، واكتب الأرقام المشار إليها في إجابتك.
1) يتم استخدام الطاقة الضوئية لتنفيذ العملية.
2) تحدث العملية بوجود الإنزيمات.
3) يعود الدور المركزي في العملية إلى جزيء الكلوروفيل.
4) يصاحب العملية انهيار جزيء الجلوكوز.
5) لا يمكن أن تحدث العملية في الخلايا بدائية النواة.

إجابة

تحليل الجدول. املأ الخلايا الفارغة في الجدول باستخدام المفاهيم والمصطلحات الواردة في القائمة. لكل خلية مكتوبة بأحرف، حدد المصطلح المناسب من القائمة المتوفرة.
1) أغشية الثايلاكويد
2) مرحلة الضوء
3) تثبيت الكربون غير العضوي
4) التمثيل الضوئي للماء
5) المرحلة المظلمة
6) السيتوبلازم الخلية

إجابة

تحليل الجدول "تفاعلات التمثيل الضوئي". لكل حرف، حدد المصطلح المقابل من القائمة المتوفرة.
1) الفسفرة التأكسدية
2) أكسدة NADP-2H
3) أغشية الثايلاكويد
4) تحلل السكر
5) إضافة ثاني أكسيد الكربون إلى البنتوز
6) تكوين الأكسجين
7) تكوين ثنائي فوسفات الريبولوز والجلوكوز
8) تركيب 38 ATP

إجابة

تدرج في النص "تخليق المواد العضوية في النبات" المصطلحات المفقودة من القائمة المقترحة، باستخدام الرموز الرقمية. اكتب الأرقام المحددة بالترتيب المطابق للحروف. تخزن النباتات الطاقة اللازمة لوجودها على شكل مواد عضوية. يتم تصنيع هذه المواد خلال __________ (أ). تحدث هذه العملية في الخلايا الورقية في __________ (ب) - البلاستيدات الخضراء الخاصة. أنها تحتوي على مادة خضراء خاصة – __________ (ب). الشرط الأساسي لتكوين المواد العضوية بالإضافة إلى الماء وثاني أكسيد الكربون هو __________ (د).
قائمة المصطلحات:
1) التنفس
2) التبخر
3) ليوكوبلاست
4) الطعام
5) الضوء
6) التمثيل الضوئي
7) البلاستيدات الخضراء
8) الكلوروفيل

إجابة

إنشاء تطابق بين مراحل العملية والعمليات: 1) التمثيل الضوئي، 2) التخليق الحيوي للبروتين. اكتب الرقمين 1 و 2 بالترتيب الصحيح.
أ) إطلاق الأكسجين الحر
ب) تكوين الروابط الببتيدية بين الأحماض الأمينية
ب) تخليق mRNA على الحمض النووي
د) عملية الترجمة
د) استعادة الكربوهيدرات
هـ) تحويل NADP+ إلى NADP 2H

إجابة

© دي في بوزدنياكوف، 2009-2019