تمثيل ضوئي

عملية التمثيل الضوئي.

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

التمثيل الضوئي أو التخليق الضوئي Photosynthesis ^[α] هو مسار مسار إستقلابي وفيه يتحول ثاني أكسيد الكربون الى مركب عضوي ، وعلى وجه الخصوص السكر، مستعملاً الطاقة من ضوء الشمس.^[1] Photosynthesis occurs in نباتات، طحالب، وسلالات من البكتيريا، ولكن ليس عتائق أو ميكروبات أصلية عتيقة. جراثيم التخليق الضوئى يطلق عليها photoautotroph, و لكن ليس كل الميكروبات التى تستخدم الضوء كمصدر للطاقة تقوم بعملية التخليق الضوئى , حيث أن photoheterotroph تستخدم مركبات عضوية , أكتر من إستخدامها ثانى أكسيد الكربون كمصدر للكربون , .^[2] في النباتات ,الطحالب cyanobacteria التخليق الضوئي , يستخدم ثاني أكسيد الكربون , الماء, مطلقا الأكسيجين كناتج تفاعلى. التخليق الضوئى هو مهم بإلحاح للحياة الحياة على الأرض, حيث يقوم بتوفير مستويات من الأكسيجين في الغلاف الجوي, تقريبا كل صور الحياة تعتمد عليه كصورة من صور الطاقة, بطريقة مباشرة أو غير مباشرة, كالمصدر الوحيد للطاقة, في غذائها .^[2]^[β] The كميات الطاقة التى يتم إختزانهابواسطة التخليق الضوئى هى كميات عظيمة , تقر يبا 100 terawatts كل عام:^[3] وهو تقريباً أكبر سبعة أمثال أكثر من مصادر الطاقة في العام، والإستهلاك إستهلاك الطاقة للحضارة البشرية.^[4] , ميكروبات التخليق الضوئي تحول نحو 100,000,000,000 tonnes من الكربون الى كتلة حيوية كل عام.^[5]

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

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

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

الورقة هي العضو الرئيسي الذي يقوم بالتركيب الضوئي في النباتات العليا. لذا، لا بد للورقة أن تستهلك ثاني أكسيد الكربون وتحتوي على اليخضور وأن تتكيف لاستقبال الشمس لتنتج السكريات وينتقل منها للأجزاء الأخرى من النبات أو تخزينه و تطرح الأكسجين.

يحدث التركيب الضوئي في حقيقيات النوى في عضيات تدعى الصانعات اليخضورية موزعة في السيتوبلازما بأعداد تتراوح ما بين الواحد كما في الكلاميدوموناس والكلوريلا إلى نحو 100 في خلايا النسيج الأوسط الحباكية. وتكون الصانعات اليخضورية عادة في النباتات العليا محدبة الوجهين وفق مقطع عرضي ودائرية وفق مظهر سطحي.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

التعريف

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

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

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

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

نظرة عامة

المعادلة العامة للتمثيل الضوئي، هي:

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

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

تمثل المعادلة في النصوص الكيميائية التمهيدية بالشكل المبسط التالي:^[6]

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

في النباتات

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

2 H₂O + 2 NADP⁺ + 2 ADP + 2 P_i + light → 2 NADPH + 2 H⁺ + 2 ATP + O₂ ^[7]

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

3 CO₂ + 9 ATP + 6 NADPH + 6 H⁺ → C₃H₆O₃-phosphate + 9 ADP + 8 P_i + 6 NADP⁺ + 3 H₂O ^[7]

في الطحالب والبكتريا

التطور

خلايا نباتية ذات بلاستيدات خضراء مرئية.

نشأة البلاستيدات الخضراء

البكتريا الزرقاء وتطور التمثيل الضوئي

الانتاج الجزيئي

Ligالتفاعلات الضوئية للتمثيل الضوئي في غشاء الثايلاكويد.

تحويل الضواء إلى طاقة كيميائية

المخطط زد

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

المخطط "زد"

التحلل الضوئي المائي

التأثيرات الميكانيكية الكمومية

الأكسجين والتمثيل الضوئي

التغايرات البكتيرية

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

تثبيت الكربون

نظرة عامة على دورة كالڤن وتثبيت الكربون.

C₄، C₃ and CAM

نظرة عامة على C4 carbon fixation

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

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

العوامل

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

شدة الضوء (التشعيع)، طول الموجة ودرجة الحرارة

مستويات ثاني أكسيد الكربون والتنفس الضوئي

ملخص مبسط:

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

انظر ايضاً

الهوامش

^ Smith, A. L. (1997). Oxford dictionary of biochemistry and molecular biology. Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press. p. 508. ISBN 0-19-854768-4. Photosynthesis - التخليق بواسطة العضيات الدققة للمركبات العضوية الكيمائية، خاصة السكاكر، من ثاني أكسيد الكربون مستخدماً الطاقة من ضوء الشمش، وليس عن طريق الأكسدة لمركبات كيمائية.
^ ^أ ^ب D.A. Bryant & N.-U. Frigaard (2006). "Prokaryotic التخليق الضوئى and". Trends Microbiol. 14 (11): 488. doi:10.1016/j.tim.2006.09.001. {{cite journal}}: Unknown parameter |month= ignored (help)
^ Nealson KH, Conrad PG (1999). "Life: past, الحاضر والمستقبل". Philos. Trans. R. Soc. Lond., B, Biol. Sci. 354 (1392): 1923–39. doi:10.1098/rstb.1999.0532. PMC 1692713. PMID 10670014. {{cite journal}}: Unknown parameter |month= ignored (help)
^ "الإستهلاك العالمى للطاقة الأولية مصنفة حسب نوع الطاقة و ومجموعات سكانية(دولية )مختارة Country Groups , 1980-2004" (XLS). Energy Information Administration. July 31, 2006. {{cite web}}: Unknown parameter |access date= ignored (|access-date= suggested) (help)
^ Field CB, Behrenfeld MJ, Randerson JT, Falkowski P (1998). "Primary production of the biosphere: integrating terrestrial and oceanic components". Science (journal). 281 (5374): 237–40. doi:10.1126/science.281.5374.237. PMID 9657713. {{cite journal}}: Unknown parameter |month= ignored (help)CS1 maint: multiple names: authors list (link)
^ Brown, LeMay, Burslen, Chemistry The Central Science, ISBN 0-13-048450-4, p. 958
^ ^أ ^ب Raven, Peter H. (2005). Biology of Plants, 7th Edition. New York: W.H. Freeman and Company Publishers. pp. 124–127. ISBN 0-7167-1007-2. {{cite book}}: Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help) خطأ استشهاد: وسم <ref> غير صالح؛ الاسم "Raven" معرف أكثر من مرة بمحتويات مختلفة.

المراجع

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

المصادر

الموسوعة المعرفية الشاملة

وصلات خارجية

[1] Smith, A. L. (1997). Oxford dictionary of biochemistry and molecular biology. Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press. p. 508. ISBN 0-19-854768-4. Photosynthesis - التخليق بواسطة العضيات الدققة للمركبات العضوية الكيمائية، خاصة السكاكر، من ثاني أكسيد الكربون مستخدماً الطاقة من ضوء الشمش، وليس عن طريق الأكسدة لمركبات كيمائية.

[bryantfrigaard-2] أ ^ب D.A. Bryant & N.-U. Frigaard (2006). "Prokaryotic التخليق الضوئى and". Trends Microbiol. 14 (11): 488. doi:10.1016/j.tim.2006.09.001. {{cite journal}}: Unknown parameter |month= ignored (help)

[3] Nealson KH, Conrad PG (1999). "Life: past, الحاضر والمستقبل". Philos. Trans. R. Soc. Lond., B, Biol. Sci. 354 (1392): 1923–39. doi:10.1098/rstb.1999.0532. PMC 1692713. PMID 10670014. {{cite journal}}: Unknown parameter |month= ignored (help)

[EIA-4] "الإستهلاك العالمى للطاقة الأولية مصنفة حسب نوع الطاقة و ومجموعات سكانية(دولية )مختارة Country Groups , 1980-2004" (XLS). Energy Information Administration. July 31, 2006. {{cite web}}: Unknown parameter |access date= ignored (|access-date= suggested) (help)

[5] Field CB, Behrenfeld MJ, Randerson JT, Falkowski P (1998). "Primary production of the biosphere: integrating terrestrial and oceanic components". Science (journal). 281 (5374): 237–40. doi:10.1126/science.281.5374.237. PMID 9657713. {{cite journal}}: Unknown parameter |month= ignored (help)CS1 maint: multiple names: authors list (link)

[6] Brown, LeMay, Burslen, Chemistry The Central Science, ISBN 0-13-048450-4, p. 958

[Raven-7] أ ^ب Raven, Peter H. (2005). Biology of Plants, 7th Edition. New York: W.H. Freeman and Company Publishers. pp. 124–127. ISBN 0-7167-1007-2. {{cite book}}: Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help) خطأ استشهاد: وسم <ref> غير صالح؛ الاسم "Raven" معرف أكثر من مرة بمحتويات مختلفة.

[α]

[1]

[2]

[β]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]