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 "تسقطان" 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

هل تعلم أن كل ورقة خضراء هي عبارة عن "مصنع" مصغر من العناصر الغذائية والأكسجين، وهو أمر ضروري للحياة الطبيعية ليس فقط للحيوانات، ولكن أيضا للإنسان. التمثيل الضوئي هو عملية إنتاج هذه المواد من الماء وثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي. هذه عملية كيميائية معقدة للغاية تحدث بمشاركة الضوء. مما لا شك فيه أن الجميع مهتم بكيفية حدوث عملية التمثيل الضوئي. وتتكون العملية من مرحلتين: المرحلة الأولى هي امتصاص الكمات الضوئية، والمرحلة الثانية هي استخدام طاقتها في التفاعلات الكيميائية المختلفة.

كيف تتم عملية البناء الضوئي؟
يمتص النبات الضوء باستخدام مادة خضراء تسمى الكلوروفيل. ويوجد الكلوروفيل في البلاستيدات الخضراء الموجودة في الفواكه والسيقان. ولكن تم العثور على عدد كبير منهم بشكل خاص في الأوراق، لأن الورقة، بسبب هيكلها البسيط إلى حد ما، يمكن أن تجتذب كمية كبيرة من الضوء، وبالتالي تتلقى المزيد من الطاقة لعملية التمثيل الضوئي.
الكلوروفيل، بعد الامتصاص، يكون في حالة مثارة وينقل الطاقة إلى جزيئات أخرى في جسم النبات، خاصة تلك التي تشارك بشكل مباشر في عملية التمثيل الضوئي. تتم المرحلة الثانية من عملية التمثيل الضوئي دون المشاركة الإلزامية للضوء وتتكون من الحصول على رابطة كيميائية بمشاركة ثاني أكسيد الكربون الذي يتم الحصول عليه من الماء والهواء. في هذه المرحلة، يتم تصنيع العديد من المواد المفيدة جدًا للحياة، مثل الجلوكوز والنشا.

وتستخدم النباتات نفسها هذه المواد العضوية لتغذية أجزائها المختلفة، وكذلك للحفاظ على وظائف الحياة الطبيعية. وبالإضافة إلى ذلك، فإن هذه المواد تحصل عليها أيضًا الحيوانات التي تتغذى على النباتات. ويحصل الإنسان على هذه المواد عن طريق تناول الأطعمة ذات الأصل النباتي والحيواني.

شروط عملية التمثيل الضوئي
يمكن أن تحدث عملية التمثيل الضوئي ليس فقط تحت تأثير الضوء الاصطناعي، ولكن أيضا تحت تأثير ضوء الشمس. في الطبيعة، كقاعدة عامة، تنفذ النباتات أنشطتها بنشاط في فصلي الربيع والصيف، أي في الوقت الذي تحتاج فيه إلى الكثير من ضوء الشمس. يقل الضوء في الخريف، وتقصر الأيام، وتتحول الأوراق إلى اللون الأصفر ثم تتساقط. ولكن بمجرد ظهور شمس الربيع الدافئة، تستيقظ أوراق الشجر الخضراء وتستأنف "المصانع" الخضراء عملها من جديد من أجل توفير كمية كبيرة من العناصر الغذائية والأكسجين الضروري للغاية للحياة.

أين تتم عملية البناء الضوئي؟
يحدث التمثيل الضوئي بشكل رئيسي، كما قلنا أعلاه، إذا كنت تتذكر، في أوراق النباتات، وذلك لسبب أن لديها القدرة على الحصول على كمية كبيرة من الضوء، وهو أمر ضروري للغاية لعملية التمثيل الضوئي.

وفي الختام، يمكننا أن نلخص ونقول إن عملية مثل عملية التمثيل الضوئي هي جزء لا يتجزأ من حياة النبات. نأمل أن تساعد مقالتنا العديد من الأشخاص على فهم ماهية عملية التمثيل الضوئي وسبب أهميتها.

إن تاريخ اكتشاف ظاهرة مذهلة وذات أهمية حيوية مثل عملية التمثيل الضوئي له جذور عميقة في الماضي. منذ أكثر من أربعة قرون، في عام 1600، أجرى العالم البلجيكي جان فان هيلمونت تجربة بسيطة. وضع غصينًا من الصفصاف في كيس يحتوي على 80 كجم من التراب. سجل العالم الوزن الأولي للصفصاف، ثم قام بسقي النبات بمياه الأمطار حصريًا لمدة خمس سنوات. تخيل مفاجأة جان فان هيلمونت عندما أعاد وزن الصفصاف. زاد وزن النبات بمقدار 65 كجم، وانخفضت كتلة الأرض بمقدار 50 جرامًا فقط! حيث حصل النبات على 64 كجم و950 جرامًا من العناصر الغذائية يبقى لغزًا للعلماء!

التجربة المهمة التالية على طريق اكتشاف عملية التمثيل الضوئي كانت مملوكة للكيميائي الإنجليزي جوزيف بريستلي. وضع العالم فأرًا تحت غطاء المحرك، وبعد خمس ساعات مات القارض. عندما وضع بريستلي غصنًا من النعناع مع الفأر وغطى القارض أيضًا بغطاء، بقي الفأر على قيد الحياة. قادت هذه التجربة العالم إلى فكرة وجود عملية معاكسة للتنفس. أثبت جان إنجينهاوس في عام 1779 حقيقة أن الأجزاء الخضراء فقط من النباتات هي القادرة على إطلاق الأكسجين. وبعد ثلاث سنوات، أثبت العالم السويسري جان سينبير أن ثاني أكسيد الكربون، تحت تأثير ضوء الشمس، يتحلل في عضيات النباتات الخضراء. بعد خمس سنوات فقط، اكتشف العالم الفرنسي جاك بوسينغولت، أثناء إجراء أبحاث معملية، حقيقة أن امتصاص النباتات للمياه يحدث أيضًا أثناء تخليق المواد العضوية. تم هذا الاكتشاف التاريخي في عام 1864 من قبل عالم النبات الألماني يوليوس ساكس. لقد كان قادرًا على إثبات أن حجم ثاني أكسيد الكربون المستهلك والأكسجين المنطلق يحدث بنسبة 1:1.

يعد التمثيل الضوئي أحد أهم العمليات البيولوجية

من الناحية العلمية، التمثيل الضوئي (من اليونانية القديمة φῶς - الضوء و σύνθεσις - الاتصال والربط) هو عملية تتشكل فيها المواد العضوية من ثاني أكسيد الكربون والماء في الضوء. الدور الرئيسي في هذه العملية ينتمي إلى شرائح التمثيل الضوئي.

بالمعنى المجازي، يمكن مقارنة ورقة النبات بالمختبر الذي تواجه نوافذه الجانب المشمس. وفيه يحدث تكوين المواد العضوية. هذه العملية هي أساس وجود كل أشكال الحياة على الأرض.

سوف يطرح الكثيرون السؤال بشكل معقول: ماذا يتنفس الأشخاص الذين يعيشون في مدينة، حيث لا يمكنك حتى العثور على شجرة أو قطعة من العشب أثناء النهار بالنار؟ الجواب بسيط جدا. والحقيقة هي أن النباتات الأرضية تمثل 20٪ فقط من الأكسجين الذي تطلقه النباتات. تلعب الأعشاب البحرية دورًا رائدًا في إنتاج الأكسجين في الغلاف الجوي. أنها تمثل 80 ٪ من الأكسجين المنتج. بلغة الأرقام، تطلق كل من النباتات والطحالب سنويًا 145 مليار طن (!) من الأكسجين في الغلاف الجوي! ليس من قبيل الصدفة أن يطلق على محيطات العالم اسم "رئتي الكوكب".

الصيغة العامة لعملية التمثيل الضوئي هي كما يلي:

الماء + ثاني أكسيد الكربون + الضوء ← الكربوهيدرات + الأكسجين

لماذا تحتاج النباتات لعملية التمثيل الضوئي؟

كما تعلمنا، فإن عملية التمثيل الضوئي هي شرط ضروري لوجود الإنسان على الأرض. ومع ذلك، ليس هذا هو السبب الوحيد الذي يجعل الكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي تنتج الأكسجين في الغلاف الجوي بشكل فعال. والحقيقة هي أن الطحالب والنباتات تشكل سنويًا أكثر من 100 مليار مادة عضوية (!) والتي تشكل أساس نشاط حياتهم. عندما نتذكر تجربة جان فان هيلمونت، نفهم أن عملية التمثيل الضوئي هي أساس تغذية النبات. وقد ثبت علميا أن 95% من المحصول يتم تحديده من خلال المواد العضوية التي يحصل عليها النبات أثناء عملية التمثيل الضوئي، و5% من الأسمدة المعدنية التي يستخدمها البستاني في التربة.

يولي سكان الصيف المعاصرون الاهتمام الرئيسي لتغذية النباتات في التربة ، متناسين تغذية الهواء. من غير المعروف ما هو نوع الحصاد الذي يمكن أن يحصل عليه البستانيون إذا كانوا حذرين بشأن عملية التمثيل الضوئي.

ومع ذلك، لا يمكن للنباتات ولا الطحالب أن تنتج الأكسجين والكربوهيدرات بنشاط كبير إذا لم يكن لديهم صبغة خضراء مذهلة - الكلوروفيل.

سر الصباغ الأخضر

الفرق الرئيسي بين الخلايا النباتية وخلايا الكائنات الحية الأخرى هو وجود الكلوروفيل. بالمناسبة، هو المسؤول عن حقيقة أن أوراق النبات ملونة باللون الأخضر. يتمتع هذا المركب العضوي المعقد بخاصية مذهلة: فهو قادر على امتصاص أشعة الشمس! وبفضل الكلوروفيل، تصبح عملية التمثيل الضوئي ممكنة أيضًا.

مرحلتين من عملية التمثيل الضوئي

بعبارات بسيطة، التمثيل الضوئي هو عملية يمتص فيها النبات الماء وثاني أكسيد الكربون في الضوء بمساعدة الكلوروفيل لتكوين السكر والأكسجين. وبهذه الطريقة، تتحول المواد غير العضوية بشكل مدهش إلى مواد عضوية. السكر الذي يتم الحصول عليه نتيجة التحويل هو مصدر للطاقة للنباتات.

تتم عملية التمثيل الضوئي على مرحلتين: الضوء والظلام.

المرحلة الخفيفة من عملية التمثيل الضوئي

يتم تنفيذه على أغشية الثايلاكويد.

الثايلاكويدات هي هياكل محاطة بغشاء. وهي تقع في سدى البلاستيدات الخضراء.

ترتيب الأحداث في المرحلة الضوئية لعملية البناء الضوئي هو:

1. يضرب الضوء جزيء الكلوروفيل، الذي يمتصه الصبغ الأخضر ويسبب استثارته. ينتقل الإلكترون الموجود في الجزيء إلى مستوى أعلى ويشارك في عملية التخليق.
2. انقسام الماء، حيث تتحول البروتونات إلى ذرات هيدروجين تحت تأثير الإلكترونات. وبعد ذلك، يتم إنفاقها على تخليق الكربوهيدرات.
3. في المرحلة النهائية من مرحلة الضوء، يتم تصنيع ATP (ثلاثي فوسفات الأدينوسين). هذه مادة عضوية تلعب دور تراكم الطاقة العالمي في النظم البيولوجية.

المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي

المكان الذي تحدث فيه المرحلة المظلمة هو سدى البلاستيدات الخضراء. خلال المرحلة المظلمة يتم إطلاق الأكسجين ويتم تصنيع الجلوكوز. سوف يظن الكثيرون أن هذه المرحلة حصلت على هذا الاسم لأن العملية التي تحدث داخل هذه المرحلة تحدث حصرا في الليل. في الواقع، هذا ليس صحيحا تماما. يحدث تخليق الجلوكوز على مدار الساعة. والحقيقة هي أنه في هذه المرحلة لم تعد الطاقة الضوئية مستهلكة، مما يعني أنها ببساطة ليست هناك حاجة إليها.

أهمية عملية البناء الضوئي للنباتات

لقد حددنا بالفعل حقيقة أن النباتات تحتاج إلى عملية التمثيل الضوئي بما لا يقل عما نحتاجه. من السهل جدًا التحدث عن حجم عملية التمثيل الضوئي من حيث الأرقام. لقد حسب العلماء أن النباتات الأرضية وحدها تخزن قدرًا من الطاقة الشمسية بقدر ما يمكن أن تستهلكه 100 مدينة كبرى خلال 100 عام!

تنفس النبات هو العملية المعاكسة لعملية التمثيل الضوئي. ومعنى تنفس النبات هو إطلاق الطاقة أثناء عملية البناء الضوئي وتوجيهها نحو احتياجات النباتات. بعبارات بسيطة، الناتج هو الفرق بين عملية التمثيل الضوئي والتنفس. كلما زادت عملية التمثيل الضوئي وقل التنفس، زاد الحصاد، والعكس صحيح!

عملية التمثيل الضوئي هي عملية مذهلة تجعل الحياة على الأرض ممكنة!

في الطبيعة، تحت تأثير ضوء الشمس، هناك عملية حيوية، بدونها لا يمكن لأي كائن حي على كوكب الأرض أن يفعل. ونتيجة للتفاعل، يتم إطلاق الأكسجين في الهواء الذي نتنفسه. وتسمى هذه العملية التمثيل الضوئي. ما هو التمثيل الضوئي من وجهة نظر علمية، وما يحدث في البلاستيدات الخضراء للخلايا النباتية، سننظر أدناه.

التمثيل الضوئي في علم الأحياء هو تحويل المواد العضوية والأكسجين من المركبات غير العضوية تحت تأثير الطاقة الشمسية. إنها سمة من سمات جميع الكائنات الضوئية القادرة على إنتاج مركبات عضوية بنفسها.

وتشمل هذه الكائنات النباتات والبكتيريا الخضراء والأرجوانية والبكتيريا الزرقاء (الطحالب الخضراء المزرقة).

تمتص النباتات ذاتية التغذية الماء من التربة وثاني أكسيد الكربون من الهواء. تحت تأثير الطاقة الشمسية، يتم تشكيل الجلوكوز، والذي يتم تحويله بعد ذلك إلى السكاريد - النشا اللازم للكائنات النباتية للتغذية وإنتاج الطاقة. يتم إطلاق الأكسجين في البيئة - وهو مادة مهمة تستخدمها جميع الكائنات الحية للتنفس.

كيف تتم عملية التمثيل الضوئي. يمكن تمثيل التفاعل الكيميائي باستخدام المعادلة التالية:

6СО2 + 6Н2О + E = С6Н12О6 + 6О2

تحدث تفاعلات التمثيل الضوئي في النباتات على المستوى الخلوي، وبالتحديد في البلاستيدات الخضراء التي تحتوي على صبغة الكلوروفيل الرئيسية. لا يمنح هذا المركب النباتات لونها الأخضر فحسب، بل يلعب أيضًا دورًا نشطًا في العملية نفسها.

لفهم العملية بشكل أفضل، تحتاج إلى التعرف على بنية العضيات الخضراء - البلاستيدات الخضراء.

هيكل البلاستيدات الخضراء

البلاستيدات الخضراء هي عضيات خلوية توجد فقط في النباتات والبكتيريا الزرقاء. كل بلاستيدات الخضراء مغطاة بغشاء مزدوج: خارجي وداخلي. يمتلئ الجزء الداخلي من البلاستيدات الخضراء بسدى - المادة الرئيسية التي يشبه اتساقها السيتوبلازم في الخلية.

هيكل الكرولوبلاست

تتكون سدى البلاستيدات الخضراء من:

• الثايلاكويدات - هياكل تشبه الأكياس المسطحة التي تحتوي على صبغة الكلوروفيل؛
• مجموعات غران ثايلاكويد.
• الصفيحة - الأنابيب التي تربط جرانا الثايلاكويدات.

تبدو كل جرانا وكأنها كومة من العملات المعدنية، حيث تكون كل عملة عبارة عن ثايلاكويد، والصفيحة عبارة عن رف توضع عليه الجرانا. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع البلاستيدات الخضراء بمعلوماتها الوراثية الخاصة بها، والتي تتمثل في خيوط الحمض النووي المزدوجة، وكذلك الريبوسومات، التي تشارك في تركيب البروتين، وقطرات الزيت، وحبوب النشا.

فيديو مفيد: عملية التمثيل الضوئي

المراحل الرئيسية

تتكون عملية التمثيل الضوئي من مرحلتين متناوبتين: الضوء والظلام. ولكل منها خصائصها ومنتجاتها الخاصة التي تتشكل أثناء تفاعلات معينة. يقوم نظامان ضوئيان، يتكونان من أصباغ الكلوروفيل والكاروتينويد المساعدة لحصاد الضوء، بنقل الطاقة إلى الصباغ الرئيسي. ونتيجة لذلك، يتم تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية - ATP (حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك). ماذا يحدث في عمليات التمثيل الضوئي.

ضوء

تحدث مرحلة الضوء عندما تضرب فوتونات الضوء النبات. في البلاستيدات الخضراء يحدث على أغشية الثايلاكويد.

العمليات الرئيسية:

1. تبدأ أصباغ النظام الضوئي الأول في "امتصاص" فوتونات الطاقة الشمسية، والتي تنتقل إلى مركز التفاعل.
2. تحت تأثير فوتونات الضوء، يتم "إثارة" الإلكترونات في جزيء الصباغ (الكلوروفيل).
3. يتم نقل الإلكترون "المتحمس" إلى الغشاء الخارجي للثايلاكويد باستخدام بروتينات النقل.
4. يتفاعل نفس الإلكترون مع المركب المعقد NADP (فوسفات النيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد)، مما يقلله إلى NADP*H2 (يشارك هذا المركب في المرحلة المظلمة).

تحدث عمليات مماثلة في نظام الصور II. تغادر الإلكترونات "المثارة" مركز التفاعل ويتم نقلها إلى الغشاء الخارجي للثايلاكويدات، حيث ترتبط بمستقبل الإلكترون، وتعود إلى النظام الضوئي الأول وتستعيده.

المرحلة الخفيفة من عملية التمثيل الضوئي

كيف تتم استعادة نظام الصور II؟ يحدث هذا بسبب التحلل الضوئي للماء - تفاعل تقسيم H2O. أولا، يعطي جزيء الماء الإلكترونات إلى مركز التفاعل في النظام الضوئي الثاني، بسبب حدوث اختزاله. بعد ذلك، ينقسم الماء تمامًا إلى هيدروجين وأكسجين. هذا الأخير يخترق البيئة من خلال ثغور بشرة الورقة.

يمكن تصوير التحلل الضوئي للماء باستخدام المعادلة:

2H2O = 4H + 4e + O2

بالإضافة إلى ذلك، خلال مرحلة الضوء، يتم تصنيع جزيئات ATP - الطاقة الكيميائية التي تدخل في تكوين الجلوكوز. يحتوي غشاء الثايلاكويد على نظام إنزيمي يشارك في تكوين ATP. تحدث هذه العملية نتيجة انتقال أيون الهيدروجين عبر قناة إنزيم خاص من الغلاف الداخلي إلى الغلاف الخارجي. وبعد ذلك يتم إطلاق الطاقة.

من المهم أن تعرف!خلال المرحلة الضوئية من عملية التمثيل الضوئي، يتم إنتاج الأكسجين، وكذلك طاقة ATP، والتي تستخدم لتخليق السكريات الأحادية في المرحلة المظلمة.

مظلم

تحدث تفاعلات المرحلة المظلمة على مدار الساعة، حتى بدون وجود ضوء الشمس. تحدث تفاعلات التمثيل الضوئي في السدى (البيئة الداخلية) للبلاستيدات الخضراء. تمت دراسة هذا الموضوع بمزيد من التفصيل بواسطة ملفين كالفين، الذي تُسمى تفاعلات المرحلة المظلمة على شرفه بدورة كالفين، أو المسار C3.

تحدث هذه الدورة على ثلاث مراحل:

1. الكربوكسيلة.
2. استعادة.
3. تجديد المتقبلين.

أثناء عملية الكربوكسيلة، تتحد مادة تسمى ثنائي فوسفات الريبولوز مع جزيئات ثاني أكسيد الكربون. لهذا الغرض، يتم استخدام إنزيم خاص - الكربوكسيلاز. يتم تكوين مركب غير مستقر مكون من ستة ذرات كربون، والذي ينقسم على الفور تقريبًا إلى جزيئين من PGA (حمض الفوسفوجليسريك).

لاستعادة PHA، يتم استخدام طاقة ATP وNADP*H2 المتكونة أثناء مرحلة الضوء. التفاعلات المتعاقبة تنتج سكر ثلاثي الكربون مع مجموعة الفوسفات.

أثناء تجديد المستقبلات، يتم استخدام جزء من جزيئات PGA لاستعادة جزيئات الريبولوز ثنائي الفوسفات، وهو متقبل ثاني أكسيد الكربون. علاوة على ذلك، من خلال التفاعلات المتعاقبة، يتم تشكيل أحادي السكاريد - الجلوكوز. في كل هذه العمليات، يتم استخدام طاقة ATP المتكونة في الطور الضوئي، وكذلك NADP*H2.

تتطلب عمليات تحويل 6 جزيئات من ثاني أكسيد الكربون إلى جزيء واحد من الجلوكوز تحلل 18 جزيء من ATP و 12 جزيء من NADP*H2. ويمكن تصوير هذه العمليات باستخدام المعادلة التالية:

6СО2 + 24Н = С6Н12О6 + 6Н2О

بعد ذلك، يتم تصنيع الكربوهيدرات الأكثر تعقيدا من الجلوكوز الناتج - السكريات: النشا والسليلوز.

ملحوظة!أثناء عملية التمثيل الضوئي في المرحلة المظلمة، يتم تشكيل الجلوكوز - وهي مادة عضوية ضرورية لتغذية النبات وإنتاج الطاقة.

سيساعدك جدول التمثيل الضوئي أدناه على فهم الجوهر الأساسي لهذه العملية بشكل أفضل.

جدول مقارن لمراحل التمثيل الضوئي

على الرغم من أن دورة كالفين هي أكثر ما يميز المرحلة المظلمة لعملية التمثيل الضوئي، إلا أن بعض النباتات الاستوائية تتميز بدورة هاتش-سلاك (مسار C4)، والتي لها خصائصها الخاصة. أثناء عملية الكربوكسيل في دورة Hatch-Slack، لا يتم تشكيل حمض الفوسفوغليسيريك، ولكن حمض الأكسالوسيتيك، الماليك، الأسبارتيك. كما أنه خلال هذه التفاعلات، يتراكم ثاني أكسيد الكربون في الخلايا النباتية، ولا يتم إزالته عن طريق تبادل الغازات، كما هو الحال في معظمها.

بعد ذلك، يشارك هذا الغاز في تفاعلات التمثيل الضوئي وتكوين الجلوكوز. ومن الجدير بالذكر أيضًا أن مسار C4 لعملية التمثيل الضوئي يتطلب طاقة أكبر من دورة كالفين. التفاعلات الرئيسية ومنتجات التكوين في دورة هاتش-سلاك لا تختلف عن دورة كالفين.

بفضل تفاعلات دورة Hatch-Slack، لا يحدث التنفس الضوئي عمليا في النباتات، لأن ثغور البشرة تكون في حالة مغلقة. وهذا يسمح لهم بالتكيف مع ظروف معيشية محددة:

• حرارة شديدة؛
• المناخ الجاف؛
• زيادة ملوحة الموائل.
• نقص ثاني أكسيد الكربون.

مقارنة بين مراحل الضوء والظلام

المعنى في الطبيعة

بفضل عملية التمثيل الضوئي يتكون الأكسجين - وهو مادة حيوية لعمليات التنفس وتراكم الطاقة داخل الخلايا، مما يسمح للكائنات الحية بالنمو والتطور والتكاثر، ويدخل بشكل مباشر في عمل كافة الأجهزة الفسيولوجية للإنسان والحيوان. جسم الحيوان.

مهم!يشكل الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي كرة الأوزون، التي تحمي جميع الكائنات الحية من التأثيرات الضارة للأشعة فوق البنفسجية الخطيرة.

فيديو مفيد: التحضير لامتحان الدولة الموحدة في علم الأحياء - التمثيل الضوئي

خاتمة

بفضل القدرة على تصنيع الأكسجين والطاقة، تشكل النباتات الحلقة الأولى في جميع سلاسل الغذاء، كونها منتجة. من خلال استهلاك النباتات الخضراء، تتلقى جميع الكائنات غيرية التغذية (الحيوانات والبشر) موارد حيوية إلى جانب الغذاء. بفضل العملية التي تحدث في النباتات الخضراء والبكتيريا الزرقاء، يتم الحفاظ على تكوين غاز ثابت للغلاف الجوي والحياة على الأرض.

في تواصل مع

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. في بداية القرن السادس عشر، أجرى عالم الطبيعة الهولندي جان فان هيلمونت تجربة لزراعة نبات 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 تقديم 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.