بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

ملخص درس البناء الضوئي - الطاقة الخلوية

نبدأ على بركة الله ...

 

-       عملية البناء الضوئي: 

 

1-  عملية البناء الضوئي: 

 

أهميتها للمخلوقات الحية:

معظم المخلوقات ذاتية التغذية – ومنها النباتات – قادرة على صنع المركبات العضوية مثل السكر بواسطة عملية البناء الضوئي. 

 

المعادلة الكيميائية:

        مراحلها:

·      المرحلة الأولى: التفاعلات الضوئية.

·      المرحلة الثانية: التفاعلات اللاضوئية.

 

2-  المرحلة الأولى: التفاعلات الضوئية: 

 

خطواتها:

·      الخطوة الأولى: النباتات تمتص الضوء أثناء عملية البناء الضوئي (علل) لإحتواء النباتات على عضيات خاصة تمتص الطاقة الضوئية.

·      الخطوة الثانية: تنتج النباتات جزيئات تخزن الطاقة هي NADPH وATP في التفاعلات الضوئية أثناء عملية البناء الضوئي (علل) لاستخدامهما في التفاعلات اللاضوئية.

 

3-  البلاستيدات الخضراء:

المقصود بها:

عضيات كبيرة تمتص الطاقة الضوئية في المخلوقات الحية التي تقوم بعملية البناء الضوئي. 

 

خصائصها:

·      وجودها: في خلايا أوراق النباتات.

·      تركيبها: عضيات تشبه القرص. 

 

أجزاؤها:

تحوي جزأين ضروريين لعملية البناء الضوئي..

·      الجزء الأول: يسمى ثايلاكويدات.

·      الجزء الثاني: يسمى اللحمة. 

 

ثايلاكويدات:

مجموعة من الأغشية المسطحة تشبه الكيس تترتب في رزم متراصة تسمى الغرانا. 

 

اللحمة:

سائل يملأ الفراغات المحيطة بالغرانا. 

 

فائدتان:

·      التفاعلات الضوئية تحدث في الثايلاكويدات.

·      التفاعلات اللاضوئية تحدث في اللحمة. 

 

عملية البناء الضوئي داخل البلاستيدات الخضراء:

 

4-  الأصباغ: 

 

المقصود بها:

الجزيئات الملونة التي تمتص الضوء في النباتات. 

 

خصائصها:

·      وجودها: في أغشية الثايلاكويد.

·      وظيفتها: تمتص أطوالاً موجية محددة من الضوء. 

 

من أنواعها:

·      الكلوروفيل a.

·      الكلوروفيل b.

 

الكلوروفيل:

يختلف تركيبه من جزيء لآخر، مما يسمح لجزئياته بامتصاص الضوء عند مناطق محددة من طيف امتصاص الضوء المرئي. 

 

تعليل:

رؤية الإنسان لأجزاء النبات التي تحوي الكلوروفيل باللون الأخضر (علل) لزيادة معدل امتصاص الضوء في منطقة الطيف المرئي المحصورة بين الأزرق والبنفسجي وانعكاسه في المنطقة الخضراء.

 

5-  الأصباغ الإضافية: 

 

وجودها:

في معظم المخلوقات الحية التي تقوم بعملية البناء الضوئي بالإضافة إلى الكلوروفيل.

 

وظيفتها:

تسمح للنباتات بامتصاص طاقة ضوئية إضافية من مناطق أخرى من الطيف.

 

صبغة β كاروتين (بيتا - كاروتين):

 

·      تمتص الضوء في المناطق الزرقاء والخضراء من الطيف، في حين تعكس أغلب الضوء في المناطق الصفراء والبرتقالية والحمراء.

·      مسؤولة عن ألوان كل من الجزر والبطاطا الحلوة.

 

فائدة:

صبغة الكلوروفيل في الأوراق من الأصباغ الأكثر شيوعاً ووفرة من الأصباغ الأخرى. 

 

تعليل:

ظهور اللون الأصفر والأحمر والبرتقالي في الأوراق في فصل الخريف (علل) لتحلل جزيئات الكلوروفيل، مما يسمح بظهور ألوان الصبغات الأخرى.

 

 

-       تتمة عملية البناء الضوئي: 

 

1-  نقل الإلكترون: 

 

دور غشاء الثايلاكويد في نقل الإلكترون:

·      يتميز غشاء الثايلاكويد بمساحة سطح كبيرة، مما يوفر المساحة اللازمة للاحتفاظ بأعداد كبيرة من الجزيئات الناقلة للإلكترون.

·      يوجد به نوعان من البروتينات المعقدة التي تسمى الأنظمة الضوئية. 

 

النظامان الضوئيان I وII:

النظامان الضوئيان I وII يحويان أصباغ تمتص الضوء وبروتينات تؤدي دور مهم في التفاعلات الضوئية. 

 

خطوات نقل الإلكترون:

1)  تستخدم الطاقة الضوئية التي يمتصها النظام II في عملية تحليل جزيء الماء التي ينتج عنها..

·      تحرر الأكسجين من الخلية.

·      تحفز الإلكترونات التي تدخل سلسة نقل الإلكترون.

·      بروتونات H+ تبقى في فراغ الثايلاكويد.

2)  تنتقل الإلكترونات المحفزة من النظام الضوئي II إلى جزيء مستقبل للإلكترون يوجد في غشاء الثايلاكويد.

3)  الجزيء المستقبل للإلكترون ينقل الإلكترونات عبر سلسلة من نواقل الإلكترون إلى النظام الضوئي I.

4)  مع وجود الضوء، النظام الضوئي I ينقل الإلكترونات إلى بروتين يسمى فيرودوكسين.

5)  تعوض الإلكترونات المفقودة من النظام الضوئي I بإلكترونات من النظام الضوئي II.

6)  بروتين فيرودوكسين ينقل الإلكترونات إلى ناقل الإلكترون NADP+ مكوناً الجزيء المخزن للطاقة NADPH.

 

6-  الأسموزية الكيميائية: 

 

المقصود بها:

عملية إنتاج جزيء ATP بواسطة تدرج التركيز بالتزامن مع نقل الإلكترون. 

 

كيفية حدوثها:

·      تتراكم أيونات H+ التي تحررت خلال عملية نقل الإلكترون على الجانب الداخلي للثايلاكويد.

·      تنتقل أيونات H+ مع تدرج التركيز من داخل الثايلاكويد إلى اللحمة عبر قنوات أيونية في الغشاء (علل) لوجود تركيز عال من أيونات H+ داخل الثايلاكويد وانخفاض تركيزها في اللحمة.

·      كلما انتقلت أيونات H+ عبر قنوات الأيونية تكون ATP في اللحمة. 

 

القنوات الأيونية:

عبارة عن إنزيمات تسمى إنزيمات بناء الطاقة. 

 

أهمية عملية تحلل جزيء الماء:

·      توفر الإلكترونات اللازمة لبدء سلسلة نقل الإلكترون.

·      توفر البروتونات H+ الضرورية لتنشيط عملية بناء جزيء ATP خلال عملية الأسموزية الكيميائية.

 

-       تتمة عملية البناء الضوئي: 

 

1-  المرحلة الثانية: حلقة كالفن (التفاعلات اللاضوئية):

 

خصائصها:

·      تعد من التفاعلات التي لا تعتمد على الضوء (التفاعلات اللاضوئية).

·      تستخدم جزيئات ATP وNADPH التي تكونت في المرحلة الأولى الجلوكوز.

·      الجلوكوز يتحد مع جزيئات سكريات بسيطة أخرى لتكوين جزيئات أكبر عبارة عن كربوهيدرات معقدة مثل النشا. 

 

فائدة:

قد يستخدم الناتج النهائي لعملية البناء الضوئي في بناء جزيئات عضوية أخرى مثل البروتينات والدهون والأحماض.

 

2-  خطوات حلقة كالفن: 

 

الخطوة 1:

·      تتحد 6 جزيئات من co2 الجوي مع 6 جزيئات من سكر الرايبولوز ثنائي الفوسفات (خماسي الكربون) لينتج 6 جزيئات من مركب سداسي الكربون غير مستقرة تتحلل إلى 12 جزيء ثلاثي الكربون تسمى -3 حمض جليسرين أحادي الفوسفات 3-PGA.

·      اتحاد ثاني أكسيد الكربون مع السكر الخماسي يسمى عملية تثبيت الكربون. 

 

الخطوة 2:

·      تنتقل الطاقة الكيميائية المخزنة في جزيئات ATP وNADPH إلى جزيئات 3-PGA (علل) لتكوين جزيئات ذات طاقة عالية تسمى جليسرالدهيد -3 الفوسفات G3P.

·      جزيئات ATP تحفز مجموعة الفوسفات على تكوين G3P.

·      يوفر NADPH أيونات الهيدروجين والإلكترونات. 

 

الخطوة 3:

يخرج جزيئاً G3P من حلقة كالفن (علل) ليستخدما في إنتاج الجلوكوز ومركبات عضوية أخرى. 

 

الخطوة النهائية:

·      إنزيم رويسكو يحول الجزيئات العشرة المتبقية من G3P إلى 5 جزيئات خماسية الكربون تسمى رايبولوز -5- أحادي الفوسفات تتحول فيما بعد إلى 6 جزيئات من رايبولوز 5، 1- ثنائي الفوسفات RuBp مع جزيئات من ثاني أكسيد الكربون لإعادة الحلقة مرة أخرى. 

 

شكل توضيحي:

تعليلان:

·      يعد إنزيم روبيسكو واحداً من أهم الإنزيمات الحيوية (علل) لأنه يحول جزيئات co2 غير العضوية إلى جزيئات عضوية تستخدمها الخلية.

·      يعد السكر الناتج عن حلقة كالفن مصدراً للطاقة (علل) لأن النبات يستخدمه كوحدات بناء أساسية في الكربوهيدرات المعقدة مثل السليلوز الذي يوفر الدعامة للنبات.

 

3-  مسارات بديلة: 

 

أهميتها:

تمكن النباتات التي تعيش في مناخات قاسية من تحويل الحد الأقصى من الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية أثناء عملية البناء الضوئي. 

 

سببها:

عدم وجود كميات كافية من الماء أو ثاني أكسيد الكربون في البيئة. 

 

من أمثلتها:

مسار C4، مسار أيض حمض كروسيليسي CAM.

 

4-  نباتات C4:

 

من أمثلتها:

قصب السكر، الذرة. 

 

مسار C4:

مسار يساعد النباتات على الحفاظ على عملية البناء الضوئي بأقل حد ممكن من فقدان الماء. 

 

تعليل:

تسمى نباتات C4 بهذا الاسم (علل) لأنها تثبت ثاني أكسيد الكربون وتربطه مع مركبات رباعية الكربون بدلاً من مركبات ثلاثية الكربون أثناء حلقة كالفن.

 

كيفية عملها:

·      نباتات C4 تعمل على إغلاق ثغورها في الأيام الحارة.

·      تنتقل المركبات الرباعية الكربون إلى خلايا خاصة ليدخل فيها ثاني أكسيد الكربون حلقة كالفن.

·      يتم استهلاك كمية كافية من ثاني أكسيد الكربون وتقليل كمية الماء المفقود.

 

5-  نباتات CAM:

 

من أمثلتها:

الصبار، السحلب، الأناناس. 

 

فائدة:

يحدث مسار CAM في النباتات التي تحتفظ بالماء وتعيش في الصحراء والمستنقعات المالحة، حيث الوصول إلى الماء محدود جداً. 

 

كيفية حدوث المسار:

في الليل	في النهار
تسمح بعض النباتات لـco2 بالدخول إلى الأوراق وتقوم بتثبيته في مركبات عضوية.	يتحرر co2 من هذه المركبات العضوية ويدخل في حلقة كالفن.

 

فائدة:

يسمح هذا المسار باستهلاك كمية كافية من ثاني أكسيد الكربون وتقليل فقدان الماء.

 

 

تم بحمد الله

 

نستقبل أسئلتكم واستفساراتكم واقتراحاتكم في خانة التعليقات

"نرد على جميع التعليقات"

 

 

 بالتوفيق للجميع...^-^