المرحلة المضيئة لمتطلبات التمثيل الضوئي ، والآلية والمنتجات

ال مرحلة مضيئة من التمثيل الضوئي هذا الجزء من عملية التمثيل الضوئي يتطلب وجود الضوء. وهكذا ، يبدأ الضوء في التفاعلات التي تؤدي إلى تحويل جزء من الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية.

تحدث تفاعلات كيميائية حيوية في ثايلاكويدات البلاستيدات الخضراء ، حيث توجد أصباغ التمثيل الضوئي التي تستثير بالضوء. هذه هي الكلوروفيل إلى, الكلوروفيل ب والكاروتينات.

من أجل حدوث تفاعلات تعتمد على الضوء ، هناك حاجة إلى عدة عناصر. مصدر الضوء ضروري داخل الطيف المرئي. وبالمثل ، هناك حاجة إلى وجود الماء.

تتميز المرحلة الضوئية من عملية التمثيل الضوئي كمنتج نهائي بتكوين ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) و NADPH (فوسفات النيكوتيناميد دينوكليوتيد وأدينين). تستخدم هذه الجزيئات كمصدر للطاقة لتثبيت ثاني أكسيد الكربون₂ في المرحلة المظلمة. أيضا ، خلال هذه المرحلة O يتم تحريرها₂, نتاج انهيار جزيء H₂O.

مؤشر

• 1 المتطلبات
  • 1.1 الضوء
  • 1.2 أصباغ
• 2 الآلية
  • 2.1 -النظم الضوئية
  • 2.2-التحلل
  • 2.3 - الفسفرة
• 3 المنتجات النهائية
• 4 المراجع

متطلبات

لكي تحدث التفاعلات المعتمدة على الضوء في عملية التمثيل الضوئي ، من الضروري فهم خصائص الضوء. وبالمثل ، من الضروري معرفة بنية الأصباغ المعنية.

الضوء

للضوء خصائص الموجة والجسيمات. تصل الطاقة إلى الأرض من الشمس في شكل موجات بأطوال مختلفة ، والمعروفة باسم الطيف الكهرومغناطيسي.

ما يقرب من 40 ٪ من الضوء الذي يصل إلى الكوكب هو الضوء المرئي. هذا في الأطوال الموجية بين 380-760 نانومتر. يشمل جميع ألوان قوس قزح ، ولكل منها طول موجة مميز.

أطوال الموجات الأكثر فاعلية لعملية التمثيل الضوئي هي أطوال البنفسجي إلى الأزرق (380-470 نانومتر) والبرتقالي الأحمر إلى الأحمر (650-780 نانومتر).

للضوء أيضا خصائص الجسيمات. تسمى هذه الجزيئات بالفوتونات وترتبط بطول موجي محدد. طاقة كل فوتون تتناسب عكسيا مع طول الموجة. كلما كان الطول الموجي أقصر ، زادت الطاقة.

عندما يمتص الجزيء فوتونًا من الطاقة الضوئية ، يتم تنشيط أحد إلكتروناته. يمكن للإلكترون أن يترك الذرة ويستقبلها جزيء متقبل. تحدث هذه العملية في المرحلة الضوئية لعملية التمثيل الضوئي.

أصباغ

يوجد في غشاء الثايلاكويد (بنية البلاستيدات الخضراء) عدة أصباغ لديها القدرة على امتصاص الضوء المرئي. أصباغ مختلفة تمتص أطوال موجية مختلفة. هذه الأصباغ هي الكلوروفيل والكاروتينات والفيكوبيلين.

تعطي الكاروتينات الألوان الصفراء والبرتقالية الموجودة في النباتات. تم العثور على phycobilins في البكتيريا الزرقاء والطحالب الحمراء.

يعتبر الكلوروفيل الصباغ الضوئي الرئيسي. يحتوي هذا الجزيء على ذيل هيدروكربوني طويل الكارهة ، مما يجعله مرتبطًا بغشاء ثايلاكويد. بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي على حلقة بورفيرين تحتوي على ذرة مغنسيوم. في هذه الحلقة يتم امتصاص الطاقة الضوئية.

هناك أنواع مختلفة من الكلوروفيل. الكلوروفيل إلى هو الصباغ الذي يتدخل بشكل مباشر أكثر في تفاعلات الضوء. الكلوروفيل ب يمتص الضوء بطول موجي مختلف وينقل هذه الطاقة إلى الكلوروفيل إلى.

في البلاستيدات الخضراء ما يقرب من ثلاثة أضعاف الكلوروفيل إلى ما الكلوروفيل ب.

تقنية

-photosystems

يتم تنظيم جزيئات الكلوروفيل والأصباغ الأخرى داخل الثايلاكويد في وحدات التمثيل الضوئي.

تتكون كل وحدة التمثيل الضوئي من 200-300 جزيئات الكلوروفيل إلى, كميات صغيرة من الكلوروفيل ب, الكاروتينات والبروتينات. إنه يقدم منطقة تسمى مركز التفاعل ، وهو الموقع الذي يستخدم الطاقة الضوئية.

تسمى الأصباغ الأخرى الموجودة بمجمعات الهوائي. لديهم وظيفة التقاط وتمرير الضوء إلى مركز التفاعل.

هناك نوعان من وحدات التمثيل الضوئي ، تسمى الأنظمة الضوئية. وهي تختلف في أن مراكز تفاعلها ترتبط ببروتينات مختلفة. أنها تسبب تحول طفيف في أطياف الامتصاص.

في النظام الضوئي الأول ، الكلوروفيل إلى يرتبط مع مركز التفاعل لديه ذروة امتصاص 700 نانومتر (P₇₀₀). في النظام الضوئي الثاني ، تحدث ذروة الامتصاص عند 680 نانومتر (P₆₈₀).

-التحلل الضوئي

خلال هذه العملية يحدث تمزق جزيء الماء. المشاركة في النظام الضوئي الثاني. فوتون من الضوء يضرب الجزيء P₆₈₀ ويدفع الإلكترون إلى مستوى أعلى من الطاقة.

يتم استلام الإلكترونات المُثارة بواسطة جزيء فيوفيتين ، وهو مستقبل وسيط. بعد ذلك ، يعبرون غشاء الثايلاكويد حيث يتم قبولهم بواسطة جزيء البلاستوكينون. يتم نقل الإلكترونات أخيرًا إلى P₇₀₀ من النظام الضوئي الأول.

الإلكترونات التي تم نقلها بواسطة P₆₈₀ يتم استبدالهم من قبل الآخرين من الماء. مطلوب بروتين يحتوي على المنجنيز (بروتين Z) لكسر جزيء الماء.

عندما يكسر H₂أو ، يتم إطلاق اثنين من البروتونات (H⁺) والأكسجين. يتطلب ذلك تشذيب جزيئين من الماء لإطلاق جزيء O₂.

-فسفتة ضوئية

هناك نوعان من الفسفرة الضوئية ، وفقا لاتجاه تدفق الإلكترون.

الفسفرة الضوئية غير الدورية

كل من photosystem I و II متورط فيه. يطلق عليه غير دوري لأن تدفق الإلكترونات يسير في اتجاه واحد.

عندما يحدث إثارة جزيئات الكلوروفيل ، ستتحرك الإلكترونات عبر سلسلة نقل الإلكترون.

يبدأ في نظام ضوئي I عندما يمتص جزيء P فوتون الضوء₇₀₀. يتم نقل الإلكترون المثار إلى متقبل أولي (Fe-S) يحتوي على الحديد والكبريت.

ثم ينتقل إلى جزيء من الفيروكسين. بعد ذلك ، يذهب الإلكترون إلى جزيء النقل (FAD). هذا ينتج عنه جزيء NADP⁺ الذي يقلل من ذلك إلى NADPH.

ستحل الإلكترونات الناتجة عن النظام الضوئي الثاني في التحليل الضوئي محل الإلكترونات المنقولة بواسطة P₇₀₀. يحدث هذا من خلال سلسلة نقل مكونة من أصباغ تحتوي على الحديد (السيتوكروم). بالإضافة إلى ذلك ، تشارك البلاستوسيانين (البروتينات التي تحتوي على النحاس).

خلال هذه العملية ، يتم إنتاج كل من جزيئات NADPH و ATP. ويشارك إنزيم ATPsintetase في تكوين ATP.

الفسفرة الحلقية

يحدث فقط في النظام الضوئي الأول عندما تكون جزيئات مركز التفاعل P₇₀₀ متحمسون ، يتم استلام الإلكترونات بواسطة جزيء P₄₃₀.

بعد ذلك ، يتم دمج الإلكترونات في سلسلة النقل بين نظامي الصور الضوئي. في هذه العملية ، يتم إنتاج جزيئات ATP. على عكس الفسفرة الضوئية غير الدورية ، لا يتم إنتاج NADPH أو إطلاقها.₂.

في نهاية عملية نقل الإلكترون ، يعودون إلى مركز تفاعل النظام الضوئي 1. لذلك ، يطلق عليه الفسفورية الضوئية الدورية..

المنتجات النهائية

في نهاية مرحلة الضوء ، يتم تحرير O₂ إلى البيئة كمنتج ثانوي للتحلل الضوئي. يتم إطلاق هذا الأكسجين في الجو ويستخدم في التنفس للكائنات الهوائية.  

المنتج النهائي الآخر لمرحلة الضوء هو NADPH ، وهو أنزيم (جزء من إنزيم غير بروتيني) سيشارك في تثبيت ثاني أكسيد الكربون₂ خلال دورة كالفين (المرحلة المظلمة من التمثيل الضوئي).

ATP هو نيوكليوتيد يستخدم للحصول على الطاقة اللازمة في عمليات التمثيل الغذائي للكائنات الحية. يتم استهلاك هذا في تخليق الجلوكوز.

مراجع

1. Petroutsos D. R Tokutsu، S Maruyama، S Flori، A Greiner، L Magneschi، L Cusant، T Kottke. M Mittag و P Hegemann و G Finazzi و J Minagaza (2016) يتوسط مستقبِل الضوء الأزرق في تنظيم ردود الفعل من التمثيل الضوئي. الطبيعة 537: 563-566.
2. Salisbury F and Ross C (1994) فسيولوجيا النبات. مجموعة التحرير الإيبيرية الأمريكية. المكسيك ، مدافع. 759 ص.
3. Solomon E، L Berg and D Martín (1999) Biology. الطبعة الخامسة. MGraw-Hill Interamericana Editors. مدينة مكسيكو 1237 ص.
4. Stearn K (1997) بيولوجيا النبات التمهيدي. WC Brown Publishers. الولايات المتحدة الأمريكية. 570 صفحة.
5. Yamori W، T Shikanai و A Makino (2015) Photosystem I يتدفق الإلكترون دوريًا عبر مركب يشبه نازعة الهيدروجيني Chloroplast NADH يؤدي دورًا فسيولوجيًا لعملية التمثيل الضوئي عند الإضاءة الخافتة. تقرير الطبيعة العلمية 5: 1-12.