حل درس البناء الضوئي أحياء 3
عملية البناء الضوئي
معظم المخلوقات الذاتية التغذي ومنها النباتات قادرة على صنع المركبات العضوية مثل السكر بعملية البناء الضوئي وتتحول الطاقة الضوئية في أثناء عملية البناء الضوئي إلى طاقة كيميائية
تحدث عملية البناء الضوئي في مرحلتين في المرحلة الأولى تحدث التفاعلات التي تعتمد على الضوء ( التفاعلات الضوئية ) حيث يتم امتصاص الطاقة الضوئية وتحويلها إلى طاقة كيميائية على شكل ATP و NADPH أما في المرحلة الثانية فهي التفاعلات التي تحدث ف يالضوء ولكن لا تعتمد عليه ( التفاعلات اللاضوئية )وتسمى حلقة كالفن بحيث يتم استخدام جزيئات ATP و NADPH التي تكونت في المرحلة الأولى لإنتاج الجلوكوز وعندما ينتج الجلوكوز يتحد مع جزيئات سكريات بسيطة أخرى لتكوين جزيئات أكبر وهذه الجزيئات هي كربوهيدرات معقدة مثل النشأ وقد يستخدم الناتج النهائي لعملية البناء الضوئي في بناء جزيئات عضوية أخرى مثل البروتينات والدهون والأحماض النووية
المرحلة الأولى التفاعلات الضوئية
يعد امتصاص الضوء الخطوة الأولى في عملية البناء الضوئي حيث تحتوي النباتات على عضيات خاصة تمتص الطاقة الضوئية وبعد امتصاص الطاقة يتم إنتاج جزيئات تخزن الطاقة هي ATPو NADPH لاستخدامها في التفاعلات التي لا تعتمد على الضوء ( اللاضوئية )
البلاستيدات الخضراء
عضيات كبيرة تمتص الطاقة الضوئية في المخلوقات الحية التي تقوةم بعملية البناء الضوئي وتوجد البلاستيدات الخضراء في النباتات بشكل رئيس في خلايا الأوراق والبلاستيدات
عضيات تشبه القرص وتحتوي على جزأين ضرورين لعملية البناء الضوئي يسمى الجزء الأول ثايلاكويدات وهي مجموعة من الأغشية المسطحة تشبه الكيس تترتب في رزم متراصة تسمى الغرانا وتحدث تفاعلات الضزئية في الثايلاكويدات اما الجزء الثاني المهم فيسمى الحشوة اللحمة وهي سائل يملأ الفراغات المحيطة بالغراتا وتعد مكان حدوث التفاعلات اللاضوئية في المرحلة الثانية من عملية التركيب الضوئي
الأصباغ
تسمى الجزيئات الملونة التي تمتص الضوء الصباغ وتوجد في أغشية الثايلاكويد في البلاستيدات الخضراء وتمتص الأصباغ المختلفة أطوالاً موجبة محددة من الضوء والصبغة الأساسية في النباتات هي الكلورفيل
نقل الإلكترون
يشكل تركيب غشاء الثايلاكويد الأساس في الانتقال الفعال للطاقة في أثناء نقل الإلكترون حيث يتميز غشاء الثايلاكويد بمساحة سطح كبيرة مما يوفر المساحة اللازمة للاحتفاظ بأعداد كبيرة من الجزيئات الناقلة للإلكترون وكذلك وجود نوعين من البروتينات المعقدة التي تسمى الأنظمة الضوئية
المرحلة الثانية حلقة كالفن
على الرغم من أن جزيئات ATPو NADPH تزود الخلايا بكميات كبيرة من الطاقة إلا أنها جزيئات غير مستقرة بصورة كافية حتى تخزن الطاقة الكيميائية فترات زمنية طويلة لذا هناك مرحلة ثانية من عملية البناء الضوئي تسمى حلقة كالفن
يتم فيها تخوين الطاقة في جزيئاتعضوية مثل الجلوكوز وتعد حلقة كالفن من التفاعلات التي لا تعتمد على الضوء
في الخطوة الأولى من حلقة كالفن تتحد ستة جزيئات من CO2 الجوي مع ستة جزيئات من سكر الرايبولوز الثنائي الفوسفات تسمى هذه العملية (تثبيت الكربون ) لينتج 6 جزيئات من مركب سداسي الكربون
في الخطوة الثانية : تنتقل الطاقة الكيميائية المخزنة في جزيئات ATPو NADPH إلى جزيئات (PGA-3) لتكوين جزيئات ذات طاقة عالية تسمى جليسر ألدهايد 3- الفوسفات (G3P) فجزيئات ATP تحفز مجموعة الفوسفات على تكوين (G3P) في حين يوفر جزيء NADPH أيونات الهيدروجين والإلكترونات
في الخطوة الثالثة يخرج جزيئاً (G3P) من الحلقة ليستخدما في أنتاج الجلوكوز ومركبات عضوية أخرى
في الخطوة النهائية من حلقة كالفن يحول إنزيم يسمى روبيسكو الجزيئات العشرة المتبقية من (G3P) إلى ستة جزيئات خماسية الكربون تسمى رايبولوز -5- أحادي الفوسفات التي تتحول فيما بعد إلى ستة جزيئات من رايبولوز 1,5 ثنائي الفوسفات تتحد هذه الجزيئات مجدداً مع جزيئات جديدة من ثاني أكسيد الكربون لإعادة الحلقة مرة أخرى
مسارات بديلة
تؤثر البيئة التي تعيش فيها المخلوق الحي في قدرته على القيام بعمليةالبناء الضوئي فالبيئة التي لا يوجد فيها كميات كافية من المائ او ثاني أكسيد الكربون تقلل من قدرة المخلوق الحي الذي يقوم بعملية البناء الضوئي على تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية فمثلاً تتعرض النباتات التي تعيش في البيئات الجافة والحراة إلى فقدان كميات كبيرة من الماء مما يقلل من عملية ابناء الضوئي وتحوي النباتات التي تعيش في مناخات قاسية مسارات بديلة في عملية البناء الضوئي تمكنها من تحويل الحد الأقصى من الطاقة
نباتات C2 plants :C4
وهب الله -سبحانه وتعالى - للنباتات تكيفاً ف يأحد المسارات التي تساعدها على الحفاظ على عملية البناء الضوئي بأقل حد ممكن من فقدان الماء يسمى مسار C4 ويحدث هذا المسار في نباتات منها قصب السكر والذرة وتسمى هذه النباتات نباتات C4 لأنها تثبت ثاني أكسيد الكربون وتربطه مع مركبات رباعية الكربون بدلاً من مركبات ثلاثية الكربون في أثناء حلقة كالفن كما أن لنباتات C4 تكيفات تركيبية مهمة في ترتيب الخلايا في الأوراق وعموماً تعمل نباتات c4 على إغلاق ثغورها في الأيام الحارة في حين تنتقل المركبات الرباعية الكربون إلى خلايا خاصة حيث يدخل فيها ثاني أكسيد الكربون حلقة كالفن مما يسمح باستهلاك كمية كافية من ثاني أكسيد الكربون ويقلل كمية الماء المفقودة
نباتات أيض الحمضي العشبي
من مسارات التكيف التي تستخدمها النباتات للقيام بعملية البناء الضوئي بأقصى فاعلية مسار يسمى أيض الحمض العشبي CAM
يحدث هذا المسار في النباتات التي تحتفظ بالماء وتعيش في الصحراء والمستنقعات المالحة وأي بيئة أخرى حيث الوصول إلى الماء محدود جداً ومنها الصبار والسحلب والأناناس التي تسمح لثاني أكسيد الكربون بالدخول إلى الأوراق في الليل فقط أي عندما يميل الجو إلى البرودة والرطوبة وفي الليل تقوم النباتات بتثبيت ثاني أكسيد الكربون في مركبات عضوية وفي أثناء النهار يتم تحرير ثاني أكسيد الكربون من هذه المركبات ويدخل حلقة كالفن كما يسمح هذا المسار باستهلاك كمية كافية من ثاني اكسيد الكربون وتقليل فقدان الماء