معلومة

تنظيم التمثيل الضوئي

تنظيم التمثيل الضوئي


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

قرأت عن تنظيم دورة كالفين بواسطة thioredoxin الذي ينشط الإنزيمات الرئيسية بشكل أساسي عن طريق تحويل روابط ثاني كبريتيد على الإنزيمات غير النشطة إلى سلفهيدريل. آلية تنظيمية أخرى هي التحكم في درجة الحموضة. تعمل الإنزيمات عند درجة حموضة قلوية قليلاً والتي يتم إنشاؤها بمجرد أن يتم ضبط تدرج البروتون بواسطة تفاعلات الضوء. لكن ليست هاتان الآليتان متناقضتين: عند درجة الحموضة القلوية ، فإن مجموعات sulfhydryls $ -SH $ ، كونها حمضية ، سوف تنفصل عن طريق التخلي عن البروتون وستكون أكثر استقرارًا في الشكل المنفصل.
بشكل عام ، لا أفهم كيف سيقرر الأس الهيدروجيني أي المركبات الحيوية ستتفكك في البروتون أو الهيدروكسيل.


يدمج سؤالك بين حدثين منفصلين ، عملية الأكسدة والاختزال والتفكك الحمضي القاعدي.

التحويل المتبادل بين ثاني كبريتيدات و sulfhydryls الحرة هو تفاعل الأكسدة والاختزال ، التي تحكمها إمكانات الأكسدة والاختزال في المناطق المحيطة. تتضح أهمية إمكانات الأكسدة والاختزال لتوازن -S-S- <> -SH من خلال الفرق بين العصارة الخلوية وتجويف الشبكة الإندوبلازمية (ER). يتم تقليل العصارة الخلوية وبالتالي تنتشر الثيول الحر (لا توجد عادة روابط ثاني كبريتيد في بروتينات العصارة الخلوية) بينما يتأكسد تجويف ER ، ويتم تعزيز تكوين ثاني كبريتيدات في البروتينات المفرزة. يتم تحديد إمكانات الأكسدة والاختزال في الجزأين بشكل أساسي من خلال النسبة بين الجلوتاثيون المؤكسد والجلوتاثيون المخفض.

عادةً ما تحتوي مجموعة الثيول في بقايا السيستين للبروتينات على pKأ من حوالي 7 ، لذلك سيكون لها بالفعل بعض السمات الحمضية عند درجة حموضة قلوية طفيفة ، تنفصل لتكوين مجموعة ثيولات. ومع ذلك ، فإن هذا لا يشجع على إعادة تشكيل ثاني كبريتيدات ، وفي أي حال من الأحوال ، إذا كان من المهم أن يحتوي البروتين على ثيول غير مرتبط ، فيمكن حينئذٍ تكييف بيئة بقايا السيستين المعينة لرفع pK.أ. لاحظ مع ذلك أنه من الممكن أيضًا أن يكون شكل الثيولات متوافقًا مع (أو حتى مطلوبًا) لوظيفة الإنزيم.


تنظيم التمثيل الضوئي - علم الأحياء

التمثيل الضوئي هو عملية متعددة الخطوات تتطلب ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون (منخفض الطاقة) والماء كركائز (الشكل 1). بعد اكتمال العملية ، يطلق الأكسجين وينتج جليسيرالديهيد -3 فوسفات (GA3P) ، جزيئات كربوهيدرات بسيطة (عالية الطاقة) يمكن تحويلها لاحقًا إلى جلوكوز أو سكروز أو أي عشرات من جزيئات السكر الأخرى. تحتوي جزيئات السكر هذه على الطاقة والكربون المنشط الذي تحتاجه جميع الكائنات الحية للبقاء على قيد الحياة.

الشكل 1. يستخدم التمثيل الضوئي الطاقة الشمسية وثاني أكسيد الكربون والماء لإنتاج الكربوهيدرات التي تخزن الطاقة. يتولد الأكسجين كمنتج نفايات لعملية التمثيل الضوئي.

فيما يلي المعادلة الكيميائية لعملية التمثيل الضوئي (الشكل 2):

الشكل 2. المعادلة الأساسية لعملية التمثيل الضوئي بسيطة بشكل مخادع. في الواقع ، تتم العملية في العديد من الخطوات التي تتضمن مواد تفاعلية ومنتجات وسيطة. يتكون الجلوكوز ، وهو مصدر الطاقة الأساسي في الخلايا ، من اثنين من GA3Ps بثلاثة كربون.

على الرغم من أن المعادلة تبدو بسيطة ، إلا أن العديد من الخطوات التي تحدث أثناء عملية التمثيل الضوئي معقدة للغاية في الواقع. قبل تعلم تفاصيل كيفية تحويل الصور الضوئية لأشعة الشمس إلى طعام ، من المهم التعرف على الهياكل المعنية.

يحدث التمثيل الضوئي في النباتات عمومًا في الأوراق التي تتكون من عدة طبقات من الخلايا. تحدث عملية التمثيل الضوئي في طبقة وسطى تسمى ميسوفيل. يحدث تبادل الغازات لثاني أكسيد الكربون والأكسجين من خلال فتحات صغيرة منظمة تسمى الثغور (مفرد: ستوما) ، والتي تلعب أيضًا أدوارًا في تنظيم تبادل الغازات وتوازن المياه. توجد الثغور عادةً على الجانب السفلي من الورقة ، مما يساعد على تقليل فقد الماء. كل فغرة محاطة بخلايا حراسة تنظم فتح وإغلاق الثغور عن طريق التورم أو الانكماش استجابة للتغيرات التناضحية.

في جميع حقيقيات النوى ذاتية التغذية ، يحدث التمثيل الضوئي داخل عضية تسمى أ البلاستيدات الخضراء. بالنسبة للنباتات ، توجد الخلايا المحتوية على البلاستيدات الخضراء في الطبقة الوسطى. تحتوي البلاستيدات الخضراء على غلاف غشاء مزدوج (يتكون من غشاء خارجي وغشاء داخلي). داخل البلاستيدات الخضراء مكدسة ، تسمى هياكل على شكل قرص ثايلاكويدات. جزء لا يتجزأ من غشاء الثايلاكويد هو الكلوروفيل ، أ صبغة (الجزيء الذي يمتص الضوء) المسؤول عن التفاعل الأولي بين الضوء والمواد النباتية ، والعديد من البروتينات التي تشكل سلسلة نقل الإلكترون. يحيط غشاء الثايلاكويد مساحة داخلية تسمى تجويف الثايلاكويد. كما هو مبين في الشكل 3 ، تسمى كومة من الثايلاكويدات أ جرانوم، ويسمى الفضاء المملوء بالسائل المحيط بالجرانوم سدى أو & # 8220bed & # 8221 (يجب عدم الخلط بينه وبين الفغرة أو & # 8220mouth ، & # 8221 فتحة على بشرة الورقة).

سؤال الممارسة

الشكل 3. يحدث التمثيل الضوئي في البلاستيدات الخضراء ، التي لها غشاء خارجي وغشاء داخلي. تشكل أكوام من ثايلاكويدات تسمى جرانا طبقة غشاء ثالثة.

في يوم حار وجاف ، تغلق النباتات ثغورها للحفاظ على المياه. ما هو تأثير ذلك على عملية التمثيل الضوئي؟


التنفس الضوئي

كما يوحي اسمه ، ريبولوز-1،5-ثنائي فوسفات كربوكسيلاز / أوكسيجيناز (RuBisCO) يحفز تفاعلين مختلفين. الأول هو إضافة ثاني أكسيد الكربون 2 إلى ribulose-1،5- ثنائي الفوسفات (RuBP) و [مدش] الكربوكسيلاز نشاط. الثاني هو إضافة O 2 إلى RuBP و [مدش] أوكسجيناز نشاط.

يشكل نشاط الأكسجيناز في RuBisCO جزيء ثلاثي الكربون 3-phosphoglycerate (3-PGA) ، تمامًا كما هو الحال في التفاعلات المستقلة عن الضوء ، وجزيء ثنائي الكربون جلايكولات. يدخل الجليكولات البيروكسيسومات ، حيث يستخدم O 2 لتشكيل وسيطة تدخل الميتوكوندريا حيث يتم تقسيمها إلى CO 2 . لذلك تستخدم هذه العملية O 2 ويحرر ثاني أكسيد الكربون 2 كما هو الحال مع التنفس الخلوي الهوائي ، وهذا هو سبب تسميته التنفس الضوئي. إنه يفسد عمل التمثيل الضوئي ، وهو بناء السكريات.

يعتمد عمل RuBisCO الذي يسود على التركيزات النسبية لـ O 2 وشارك 2 مع ارتفاع ثاني أكسيد الكربون 2 ، منخفض O 2 لصالح عمل الكربوكسيلاز وارتفاع O 2 ، CO منخفض 2 لصالح عمل الأوكسجين. تحرر تفاعلات الضوء لعملية التمثيل الضوئي الأكسجين ، ويذوب المزيد من الأكسجين في العصارة الخلوية للخلية عند درجات حرارة أعلى. لذلك ، شدة الضوء العالية ودرجات الحرارة المرتفعة (أعلاه

30 & deg) يفضل التفاعل الثاني وينتج عنه تنفس ضوئي.


نحو فهم شامل لعملية التمثيل الضوئي الديناميكي

يغذي ضوء الشمس فسيولوجيا النبات والتمثيل الغذائي. العملية البيولوجية الأساسية ، التي تسخر الضوء لإنتاج الطاقة الأيضية والأكسجين ، هي عملية التمثيل الضوئي. على الرغم من أهمية التمثيل الضوئي لحياتنا على الأرض ، لا يزال لدينا فهم محدود للغاية لكيفية تقدم هذه العملية في الطبيعة ، حيث غالبًا ما يتقلب توافر ضوء الشمس بشدة وتحدث ضغوط بيئية أخرى.

في الطبيعة ، يمكن أن يختلف توافر الضوء بشكل كبير كما يمكن رؤيته في هذه الصورة من الغابة.

لسد هذه الفجوة في المعرفة وزيادة فهمنا لعملية التمثيل الضوئي للنبات في بيئات الإضاءة الديناميكية ، يستخدم فريق البحث الخاص بي نهجًا متعدد التخصصات من خلال ربط الكيمياء الحيوية بالطرق الفيزيائية الحيوية ، والنمط الظاهري للنبات الطيفي ، وعلم الأيض ، وعلم الوراثة. استخدام نموذج النبات نبات الأرابيدوبسيس thaliana (أرابيدوبسيس) و Solanum lycopersicum (الطماطم) كمحصول نباتي ، هدفنا الدافع هو تحديد المتطلبات الجزيئية لعملية التمثيل الضوئي الديناميكي. لذلك ، نتناول الأسئلة على نطاقات زمنية متعددة ، من (1) ثوانٍ (ردود سريعة) إلى (2) أيام (تأقلم) إلى (3) تطور (تكيف). بالإضافة إلى ذلك ، نسعى لفهم (4) كيفية تفاعل التمثيل الضوئي الديناميكي مع الضغوط اللاأحيائية.

(أنا) ما هي الآليات الجزيئية التي تقوم عليها الاستجابات السريعة لعملية التمثيل الضوئي؟

تؤثر التغييرات في شدة الضوء بشكل مباشر على تفاعلات نقل الإلكترون في التمثيل الضوئي الموجودة في غشاء الثايلاكويد للنباتات. تهدف مجموعتي إلى تحديد الإشارات الرئيسية لعملية التمثيل الضوئي الديناميكي والبروتينات التي تستشعر هذه الإشارات وتنتج الاستجابات المناسبة.

الشكل 1 للتعبير عن الأشكال الإسوية المختلفة لـ KEA3 تأثيرات مميزة على التبريد غير الكيميائي الضوئي الواقي من الضوء (NPQ ، Armbruster et al. ، 2016). (أ) يتم رصد NPQ أثناء تناوب الإضاءة المنخفضة أو الإضاءة العالية. (ب) البروتينات المستخرجة من أقسام التبغ المحول تم الكشف عنها مناعيًا باستخدام الجسم المضاد KEA3 المحدد. (ج) صور لأوراق التبغ المحولة أثناء استقراء واسترخاء NPQ. (D ، E) نماذج KEA3.2-GFP (D) و KEA3.3-GFP (E) في غشاء الثايلاكويد (T).

في الوقت الحالي ، نركز على وصف التنظيم والوظيفة الجزيئية لناقلات أيون الثايلاكويد التي تعمل على تحسين التمثيل الضوئي (Armbruster et al. ، 2014 Armbruster et al. ، 2016 Höhner et al. ، 2019 Correa Galvis et al. ، 2020 ، الشكل 1).

لتحديد إشارات التمثيل الغذائي وأهدافها البروتينية ، تعاونا مع مختبر Aleksandra Skirycz لتطوير طريقة لفصل مجمعات مستقلب البروتين الثايلاكويد وتوصيف تركيبتها الجزيئية عن طريق قياس الطيف الكتلي.

(ثانيا) كيف تتأقلم النباتات مع بيئات الإضاءة الديناميكية؟

عندما تطورت النباتات لتصبح لاطئة ، اكتسبت مرونة مظهرية ملحوظة. لذلك ، تتمتع النباتات بالقدرة على تغيير علم وظائف الأعضاء والمورفولوجيا بشكل جذري للتعامل على النحو الأمثل مع الظروف البيئية السائدة. حتى الآن ، تم إجراء جميع الأبحاث تقريبًا حول التأقلم الخفيف للنباتات في ظل ظروف "النهار المسطح" ، حيث يتم تشغيل الضوء في الصباح ويظل بنفس الشدة حتى يتم إطفاءه ليلًا. ومع ذلك ، في موائلها الطبيعية ، تشهد النباتات "يومًا جيبيًا" مع زيادة شدة الضوء ببطء وتبلغ ذروتها عند الظهيرة ، يليها انخفاض بطيء حتى الفجر. بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما تتقلب شدة الضوء في الطبيعة بشدة. وبالتالي ، هناك ما يبرر إجراء تحليل منهجي لتأقلم النبات بشدة بحيث يتم تجريب الجسور مع ظروف الإضاءة الطبيعية. لقد بدأنا مثل هذا التحليل على المستوى الفسيولوجي والكيميائي الحيوي. هنا ، نركز على توصيف استجابات التأقلم لأغشية الثايلاكويد وتفاعلات الضوء المضمنة لعملية التمثيل الضوئي.

(ثالثا) كيف يشكل تكيف النبات عملية التمثيل الضوئي الديناميكي؟

حتى الآن ، لا يُعرف الكثير عن كيفية اختلاف النباتات في قدرتها على التمثيل الضوئي الديناميكي وكيف تم تشكيل ذلك من خلال البيئة على المستوى الجيني. سابقًا ، وجدنا أن مدخلات نبات الأرابيدوبسيس المختلفة لديها اختلافات نمطية قوية في استجابتها للتأقلم مع بيئات الإضاءة الديناميكية (كايزر). وآخرون.، 2020). في المستقبل ، سنستكشف هذه النتيجة بشكل أكبر من خلال استخدام EPPN المدعوم من Phenovator في جامعة Wageningen ، والذي يسمح بالقياسات المتزامنة للعديد من المعلمات المتعلقة بالنمو والبناء الضوئي لعدد كبير من مدخلات Arabidopsis.

الشكل 2. تختلف الأنواع المُدخلة من نبات الأرابيدوبسيس اختلافًا كبيرًا في استجابتها للتأقلم مع بيئات الإضاءة الديناميكية. يتم عرض النسبة بين المعلمات في ظل ظروف الإضاءة الديناميكية (FL) والمستقرة (CL) لـ 36 مدخلات أرابيدوبسيس مختلفة تم اختيارها عشوائيًا (كايزر وآخرون ، 2020). جيش التحرير الشعبى الصينى ، مساحة الورقة المتوقعة ΦPSII، الكفاءة الكمية لـ PSII Fالخامس/Fم، الحد الأقصى من العائد الكمي لـ PSII NPQ ، التبريد غير الكيميائي الضوئي.

مجانًا ، سنجري تحليلات الأيض و lipodomics. بعد ذلك ، سوف نستخدم دراسات الارتباط الواسع للجينوم لتحديد المحددات الجينية للاختلافات في التمثيل الضوئي الديناميكي والتوقيعات الأيضية المرتبطة بها. من خلال هذا النهج ، نهدف إلى الكشف بشكل منهجي عن الإطار الجيني والأيضي والفسيولوجي الذي يقوم عليه التمثيل الضوئي الديناميكي في نبات الأرابيدوبسيس.

(رابعا) كيف يتفاعل التمثيل الضوئي الديناميكي مع الإجهاد اللاأحيائي؟

يسعى اتحاد ثلاثي القوميات ممول من ERA-CAPS إلى فهم كيفية تأثير الجفاف والضغط الملح على التمثيل الضوئي الديناميكي وكيف تربط بروتينات نقل أيون الثايلاكويد استجابات النبات المعنية. تركز إحدى التجارب التي يركز عليها هذا الاتحاد ، والتي يقودها مختبري ، على فك رموز التمثيل الضوئي والتأقلم الأيضي لخطوط إدخال الطماطم تحت ضغط الجفاف وتحديد الجينات المسببة.


تنظيم التمثيل الضوئي - علم الأحياء

ملخص المقال:

يشار إلى دورة كالفين بالتفاعلات المظلمة في عملية التمثيل الضوئي. وهي مقسمة إلى ثلاث مراحل. المرحلة الأولى هي الكربوكسيل ، حيث يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع 3 جزيئات من الروبيكو إلى كربوكسيلات ريبولوز -1،5-بيسفوسفات لينتج 6 جزيئات من 3-فوسفوجليسيرات. المرحلة الثانية هي اختزال 3-فوسفوجلايسيرالديهايد لإعطاء جلسيرالديهيد -3 فوسفات. تنقسم مرحلة الاختزال فعليًا إلى خطوتين حيث أولاً ، فوسفوريلات ATP 3-phosphoglycerate لإعطاء 1،3-bisphosphoglycerate والذي يتم بعد ذلك تقليله إلى 6 جزيئات من glyceraldehyde-3-phosphate باستخدام الطاقة من NADPH. يتم تحويل جزيء واحد من glyceraldehyde-3-phosphate إلى ثلاثي فوسفات يتم تحويله بدوره إلى كربوهيدرات السكروز والنشا. المرحلة الأخيرة هي مرحلة التجديد ، حيث يتم إعادة توليد ثاني أكسيد الكربون المتلقي ribulose-1،5-bisphosphate من الجزيئات الخمسة الأخرى من glyceraldehyde -3-phosphate. يتم تحفيز هذه التفاعلات بواسطة الإنزيمات التي سيتم النظر فيها في هذه المقالة وكيف يؤثر تنظيمها لدورة كالفين على عملية التمثيل الضوئي

المرحلة 1: الكربوكسيل

في تفاعل كيميائي محفز بواسطة ribulose-1،5-bisphosphate carboxylase-Oxygenase (rubisco) ، ترتبط 3 جزيئات من CO2 بـ 3 جزيئات من ribulose-1،5-bisphosphate (RuBP) في وجود ثلاثة جزيئات من الماء لإعطاء 6 جزيئات 3-phosphoglyceraldehyde و 6 H +.
هذه الخطوة الأولية مهمة للغاية لأنها تتضمن ثاني أكسيد الكربون وبالتالي ركزت العديد من الدراسات في البداية على هذا التفاعل من أجل محاولة تعزيز التمثيل الضوئي. تم القيام بذلك في البداية من خلال محاولة تقليل أو إلغاء تنشيط نشاط الأكسجيناز في روبيكو ، حيث يتنافس ثاني أكسيد الكربون والأكسجين على نفس الموقع للربط ، وبالتالي ، إذا تم التلاعب بهذا الأمر بحيث يمكن ربط ثاني أكسيد الكربون فقط ، فسيكون هناك المزيد من ثاني أكسيد الكربون إلى تقليل الكربوهيدرات. لكن هذه التلاعبات لم تنجح حتى الآن.

تم إجراء المزيد من الدراسات الآن التي تركز على التلاعب بمستويات الروبيكو. أظهرت الدراسات أن الروبيسكو نفسه ينظم عملية التمثيل الضوئي من خلال مستويات ثاني أكسيد الكربون وشدة الضوء ومستويات النيتروجين. في دراسة أجراها Raines (2003) باستخدام نباتات rubisco المضادة للحساسية مع انخفاض rubisco ، لوحظ أن تقليل مستويات Rubisco في النباتات في نفس الظروف التي نمت فيها النبات ، ليس له أي تأثير كبير على التمثيل الضوئي. ومع ذلك ، عندما ينمو نبات التبغ المضاد لتحسسه تحت ثاني أكسيد الكربون المحيط والضوء المعتدل يتعرض لضوء مشبع و / أو يشبع ثاني أكسيد الكربون ، لوحظ زيادة في سيطرة روبيكو على التمثيل الضوئي ، مما أدى إلى استنتاج مفاده أن الروبيكو ينظم من خلال توافر ثاني أكسيد الكربون والضوء. شدة وبالتالي تنظيم التمثيل الضوئي بدوره.

أ) 6 3-فوسفوجلايسيرالديهايد + 6 ATP مما أدى إلى 6 1،3-bisphosphoglycerate + 6ADP
محفز بواسطة 3-فوسفوجليسيرات كيناز

ب) 6 1،3-bisphosphoglycerate + 6NADPH + H + ينتج 6 جليسيرالديهيد -3 فوسفات + 6 NADP + 6PiCatalysed بواسطة GAPDH.

أفاد رينز (2003) أنه لم يلاحظ أي تأثير على التمثيل الضوئي عندما نمت نباتات التبغ المضادة للحساسية مع انخفاض GAPDH في ظروف الاحتباس الحراري ، ولكن لوحظ بعض التأثير عندما تم تقليل نشاط GADPH إلى 35 ٪ تحت النبات من النوع البري.

من 6 جزيئات من glyceraldehyde-3-phosphate المنتجة في مرحلة الاختزال ، يذهب 5 منهم إلى مرحلة التجديد لتجديد 3 جزيئات من رابطة CO2 RuBP وجزيء واحد يتجه نحو تخليق الكربوهيدرات (السكريات والمركبات الأخرى)

يحدث هذا في الكثير من خطوات التفاعل ويتم سرد كل منها وإنزيم تحفيزه أدناه وإذا تم إجراء دراسات لمعرفة كيفية تنظيم إنزيم معين لعملية التمثيل الضوئي ، فستتم مناقشة هذه الدراسات ونتائجها.

أ) 2 غليسرالديهيد -3 فوسفات ينتج 2 ثنائي هيدروكسي أسيتون -3 فوسفات ، محفز بواسطة ثلاثي فوسفات أيزوميراز

ب) غليسيرالديهيد -3 فوسفات + ثنائي هيدروكسي أسيتون -3 فوسفات ينتج الفركتوز -1،6-بيسفوسفات ، محفز بواسطة الألدوليز

لوحظ أن مستويات Aldolase في النباتات لها تحكم كبير في عملية التمثيل الضوئي ، بالنظر إلى تقسيم الكربون (Raines ، 2003). أظهرت الدراسات أن انخفاض مستويات الألدولاز (في نباتات الألدولاز المضادة للتحسس) يؤدي إلى انخفاض مستويات تراكم الكربون بالنظر إلى مستويات النشا ، ولكن تبين أن له تأثير على مستويات السكروز فقط عندما ينخفض ​​نشاطه إلى 30٪ من النوع البري. المستويات. أظهرت هذه الدراسة لأول مرة أن الإنزيم غير المنظم الذي يحفز التفاعل القابل للانعكاس بحرية ، يمكن أن يكون له تأثير كبير أو تحكم في تدفق الكربون الضوئي.

ج) الفركتوز -1،6-ثنائي الفوسفات + H2O ينتج الفركتوز-6-فوسفات + Pi ، محفزًا بفركتوز -1،6-ثنائي فوسفات الفوسفات (FBPase)

FBPase هو إنزيم رئيسي منظم وقد أجريت بعض الدراسات لمعرفة ما إذا كان له أي تأثير على التمثيل الضوئي (Raines ، 2003). بالنسبة لـ GAPDH ، فقد لوحظ أن FBPase ليس له تأثير كبير على التمثيل الضوئي في نباتات البطاطس المضادة للحساسية ولكن لوحظ بعض التأثير فقط عندما تم تقليل نشاط FBPase إلى أقل من 34 ٪ من النوع البري.

د) فركتوز -6-فوسفات + غليسيرالديهيد -3 فوسفات ينتج إريثروز-4-فوسفات + زيلولوز-5-فوسفات ، محفز بواسطة ترانسكيتولاز

يتأثر تقسيم الكربون بين السكروز والنشا بتخفيضات إنزيم ترانسكيتولاز. أظهرت الدراسات أنه مع زيادة شدة الضوء ، يزداد تأثير ترانسكيتوليز على تقسيم الكربون في نباتات التبغ المضادة للحساسية. كانت النتائج الفعلية الملاحظة أن مستويات السكروز انخفضت مع انخفاض نشاط ترانسكيتولاز. فيما يتعلق بتراكم النشا ، لوحظت التأثيرات فقط عندما انخفض النشاط إلى أقل من 60٪ من النوع البري (Raines 2003). أظهرت معظم الدراسات التي أجريت باستخدام نباتات مضادة للحساسية في دورة كالفين ، اتجاهًا نحو تقسيم الكربون نحو التخليق الحيوي للنشا ، لكن هذه النتائج تظهر تقسيم الكربون لصالح السكروز بدلاً من ذلك.

هـ) إريثروز-4-فوسفات + ثنائي هيدروكسي أسيتون -3 فوسفات ينتج Sedoheptulose-1،7-bisphosphate ، محفز بواسطة aldolase

و) Sedoheptulose-1،7-bisphosphate + H2O الذي ينتج Seduheptulose-7-phosphate + Pi ، محفزًا بواسطة sedoheptulose-1،7-bisphosphate phosphatase (SBPase).

SBPase هو أيضًا إنزيم رئيسي منظم وقد تمت دراسة تأثيره على التمثيل الضوئي. أظهرت الدراسات أن الانخفاضات الطفيفة في نشاط SBPase ، تؤدي إلى تقليل التثبيت الضوئي للكربون في نباتات التبغ المضادة للتحسس SBPase (Raines ، 2003) ، وقد أظهر ذلك من خلال الملاحظات التي تم إجراؤها أنه مع انخفاض نشاط SBPase ، تنخفض أيضًا مستويات النشا وأن النشا بالكاد يمكن اكتشافه في نباتات التبغ. نباتات ذات نشاط أقل من 20٪ من نشاط SBPase من النوع البري.

ز) Sedoheptulose-7-phosphate + glyceraldehyde-3-phosphate إنتاج ribose-5-phosphate + xylulose-5-phosphate ، محفز بواسطة transketolase

ح) 2 xylulose-5-phosphate ينتج 2 ribulose-5-phosphate ، محفز بواسطة ribose-5-phosphate epimorase

ط) ريبوز-5-فوسفات ينتج ريبولوز-5-فوسفات ، محفز بواسطة ريبوز-5-فوسفات أيزوميراز

ثم يكون التفاعل الأخير الذي يتم تحفيزه بواسطة ريبولوز-5-فوسفات كيناز ويسمى أيضًا فوسفوريبولوكيناز PRKase) هو:

ي) 3 ريبولوز - 5 - فوسفات + 3 ATP ينتج 3 ريبولوز - 1،5 - فوسفات + 3ADP + 3H +

PRKase هو أيضًا إنزيم رئيسي منظم ومثل FBPase و GAPDH ، لم يلاحظ أي تأثير كبير على التمثيل الضوئي (Raines 2003). وقد لوحظ أن نشاط PRKase يجب أن ينخفض ​​إلى أقل من 20 ٪ من البرية- نوع النباتات ، في نباتات التبغ المضادة للحساسية PRKase ، قبل ملاحظة انخفاض في التمثيل الضوئي ، عندما نمت النباتات في الإضاءة المنخفضة أو في ظروف نقص النيتروجين.

وبالتالي ، فإن المعادلة الصافية لدورة كالفن من جميع المراحل الثلاث هي

3CO2 + 5H2O + 6NADPH + 9ATP ينتج غليسيرالديهيد -3 فوسفات + 6NADP + + 3H + 9ADP + 8Pi

يتم تحويل جزيء glyceraldehyde-3-phosphate الذي يدخل في إنتاج الكربوهيدرات عبر سلسلة من التفاعلات التي يتم تحفيزها أيضًا بواسطة إنزيمات مختلفة.

يمكن لبعض الإنزيمات المذكورة أعلاه والتي لا يبدو أن لها أي تأثير تنظيمي على التمثيل الضوئي في دورة كالفين ، أن يكون لها تأثير تنظيمي في مسارات أخرى لعملية التمثيل الضوئي ، وبالتالي تنظيمها بطريقة ما. ينقسم الكربون من دورة كالفين داخل الخلية إما إلى تخليق السكروز ، وهو جزيء النقل الرئيسي للسكريات في النباتات أو في التخليق الحيوي للنشا الذي يعد شكل التخزين الرئيسي للكربوهيدرات هو النباتات. لذلك يمكن أن يكون لهذين المسارين من مسارات التخليق الحيوي تأثير تنظيمي في عملية التمثيل الضوئي ، وبالتالي يمكن أيضًا النظر إليهما لمعرفة تأثيرهما. من خلال التلاعب الجيني لهذه المسارات ، يمكن تنظيم معدل التمثيل الضوئي بواسطة المهندسين الحيويين كما هو الحال في قصب السكر أو البطاطس حيث يلزم معدلات التمثيل الضوئي العالية لتراكم السكروز والنشا على التوالي.

حول المؤلف / معلومات إضافية:

إخلاء مسؤولية هام: جميع المقالات الموجودة على هذا الموقع هي معلومات عامة فقط وليست نصيحة احترافية أو خبراء. لا نتحمل أي مسؤولية عن صحة أو صحة المعلومات الواردة في هذه المقالة ، أو أي خسارة أو إصابة ناتجة عن ذلك. نحن لا نصادق على هذه المقالات ، ولسنا تابعين لمؤلفي هذه المقالات ولسنا مسؤولين عن محتواها. يرجى الاطلاع على قسم إخلاء المسؤولية للحصول على الشروط الكاملة.


التنوع البيولوجي النباتي وتنظيم التمثيل الضوئي في البيئة الطبيعية

أظهر التحقيق في تنظيم التمثيل الضوئي في مجموعات النباتات المختلفة المعرضة لظروف متغيرة أن جميع الأنواع لديها تعديل نقل إلكتروني ضوئي مماثل بينما يكون تبديد الطاقة الزائدة خاصًا بالأنواع. يتم تنظيم التمثيل الضوئي استجابة للظروف البيئية الديناميكية لتلبية متطلبات التمثيل الغذائي للنبات مع تجنب الإثارة المفرطة المحتملة لسلسلة نقل الإلكترون وتوليد أنواع الأكسجين التفاعلية الضارة. طورت كائنات التمثيل الضوئي عدة آليات لتعديل حصاد الضوء وكفاءة نقل الإلكترون للاستجابة للظروف المتغيرة في نطاقات زمنية مختلفة ، بدءًا من بقع الشمس السريعة إلى التغيرات الموسمية البطيئة. تغيرت هذه الآليات التنظيمية أثناء تطور كائنات التمثيل الضوئي ، وتتكيف أيضًا مع مختلف المنافذ البيئية ، مما يجعل التحقيق في التنوع البيولوجي للنبات ذا قيمة عالية للكشف عن السمات المحفوظة ومرونة تنظيم التمثيل الضوئي واستكمال الدراسات على الأنواع النموذجية. في هذا العمل ، تم فحص مجموعة من النباتات التي تنتمي إلى أجناس مختلفة من كاسيات البذور ، وعاريات البذور ، والسراخس ، والنباتات اللاكوفيتية من خلال مراقبة معاملات التمثيل الضوئي الخاصة بهم في المواسم المختلفة بحثًا عن الاتجاهات والاختلافات المشتركة. في جميع المصانع ، تم العثور على معدل نقل الإلكترون الضوئي الذي تم تحليله معدلاً بواسطة كثافة ضوء النمو ، مما يضمن التوازن بين الطاقة المتاحة والقدرة الضوئية الكيميائية. أثر ضوء النمو أيضًا على العتبة التي تم فيها تنشيط تبديد الحرارة لطاقة الإثارة ، وهي آلية تسمى التبريد غير الكيميائي الضوئي (NPQ). على العكس من ذلك ، لم ترتبط سعة NPQ بكثافة الضوء التي تعاني منها النباتات ولكنها كانت سمة خاصة بالأنواع. وجد أن المكون المعتمد على الزياكسانثين لـ NPQ ، qZ ، هو الأكثر تنوعًا في النباتات المختلفة ، وقد أثر تعديله على شدة الاستجابة وخصائصها الحركية.

الكلمات الدالة: التأقلم التبريد غير الضوئي الكيميائي الحماية الضوئية التنوع البيولوجي للنباتات.


ما هي أمثلة على التوازن في النباتات؟

يشمل التوازن في النباتات تنظيم مستويات ثاني أكسيد الكربون والمياه اللازمة لإجراء عملية التمثيل الضوئي. كما يسمح التوازن في النباتات لخلايا النباتات بتخزين الكمية المناسبة من الماء في خلاياها للمساعدة في منعها من الذبول والموت في أوقات الجفاف.

الاستتباب هو أي عملية بيولوجية يقوم بها كائن حي ينظم ويحافظ على أنظمته الداخلية بشكل دائم ويتم تشغيله بواسطة محفزات خارجية تتطلب من الكائن الحي تكييف وتغيير عملياته الداخلية لتعمل بشكل صحيح في ظل الظروف الداخلية أو البيئية الجديدة. تتطلب جميع الكائنات الحية نوعًا من التوازن للحفاظ على الحياة.

تعتمد النباتات عادةً على التمثيل الضوئي لإنتاج الطاقة للحفاظ على عملياتها البيولوجية. التمثيل الضوئي هو عملية كيميائية تقوم بها النباتات حيث يتم تحويل ضوء الشمس إلى طاقة. الاستتباب ضروري خلال هذه العملية ويتم إجراؤه بواسطة خلايا تعرف باسم الثغور ، والتي توجد عادة على السطح الخارجي للنباتات. تفتح الثغور للسماح بدخول ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون إلى الخلية ، مع إطلاق الأكسجين الناتج عن عملية التمثيل الضوئي.

تفقد الخلايا النباتية جزءًا من محتواها المائي أثناء فتح الثغور ، مما يجعل النبات عرضة للجفاف. تتفاعل خلايا الحراسة الخاصة المحيطة بالثغور مع التغيرات الكيميائية في فسيولوجيتها وقد تنتفخ للسماح بتبادل الماء والغاز من الثغور إلى البيئة ، أو تنكمش لحماية الثغور ومنع فقدان الماء الزائد.


8.1 نظرة عامة على التمثيل الضوئي

التمثيل الضوئي ضروري لجميع أشكال الحياة على الأرض التي تعتمد عليها كل من النباتات والحيوانات. إنها العملية البيولوجية الوحيدة التي يمكنها التقاط الطاقة التي تنشأ في الفضاء الخارجي (ضوء الشمس) وتحويلها إلى مركبات كيميائية (كربوهيدرات) يستخدمها كل كائن حي لتشغيل عملية الأيض. باختصار ، يتم التقاط طاقة ضوء الشمس واستخدامها لتنشيط الإلكترونات ، والتي يتم تخزينها بعد ذلك في الروابط التساهمية لجزيئات السكر. ما هي مدة استمرار واستقرار هذه الروابط التساهمية؟ تمثل الطاقة المستخرجة اليوم عن طريق حرق الفحم والمنتجات البترولية طاقة ضوء الشمس التي تم التقاطها وتخزينها عن طريق التمثيل الضوئي منذ ما يقرب من 200 مليون سنة.

النباتات والطحالب ومجموعة من البكتيريا تسمى البكتيريا الزرقاء هي الكائنات الحية الوحيدة القادرة على إجراء عملية التمثيل الضوئي (الشكل 8.2). ولأنهم يستخدمون الضوء لتصنيع طعامهم ، فإنهم يطلق عليهم اسم photoautotrophs (حرفيًا ، "المغذيات الذاتية باستخدام الضوء"). الكائنات الحية الأخرى ، مثل الحيوانات ، والفطريات ، ومعظم البكتيريا الأخرى ، تسمى الكائنات غيرية التغذية ("مغذيات أخرى") ، لأنها يجب أن تعتمد على السكريات التي تنتجها كائنات التمثيل الضوئي لاحتياجاتها من الطاقة. تقوم مجموعة ثالثة مثيرة للاهتمام للغاية من البكتيريا بتركيب السكريات ، ليس باستخدام طاقة ضوء الشمس ، ولكن عن طريق استخراج الطاقة من المركبات الكيميائية غير العضوية ، ومن ثم يشار إليها باسم المواد المغذية الكيميائية.

لا تكمن أهمية التمثيل الضوئي في قدرته على التقاط طاقة ضوء الشمس فقط. يمكن للسحلية التي تتشمس في يوم بارد أن تستخدم طاقة الشمس للدفء. يعتبر التمثيل الضوئي أمرًا حيويًا لأنه تطور كوسيلة لتخزين الطاقة في الإشعاع الشمسي (الجزء "الضوئي") كإلكترونات عالية الطاقة في روابط الكربون والكربون لجزيئات الكربوهيدرات (جزء "-التصنيع"). هذه الكربوهيدرات هي مصدر الطاقة الذي تستخدمه الكائنات غيرية التغذية لتشغيل تخليق ATP عن طريق التنفس. لذلك ، تعمل عملية التمثيل الضوئي على تشغيل 99٪ من النظم البيئية للأرض. عندما يفترس مفترس كبير ، مثل الذئب ، غزال (الشكل 8.3) ، يكون الذئب في نهاية مسار الطاقة الذي ينتقل من التفاعلات النووية على سطح الشمس ، إلى الضوء ، إلى التمثيل الضوئي ، إلى الغطاء النباتي ، إلى الغزلان ، وأخيراً الذئب.

الهياكل الرئيسية وملخص التمثيل الضوئي

التمثيل الضوئي هو عملية متعددة الخطوات تتطلب ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون (منخفض الطاقة) والماء كركائز (الشكل 8.4). بعد اكتمال العملية ، يطلق الأكسجين وينتج جليسيرالديهيد -3 فوسفات (GA3P) ، جزيئات كربوهيدرات بسيطة (عالية الطاقة) يمكن تحويلها لاحقًا إلى جلوكوز أو سكروز أو أي عشرات من جزيئات السكر الأخرى. تحتوي جزيئات السكر هذه على الطاقة والكربون المنشط الذي تحتاجه جميع الكائنات الحية للبقاء على قيد الحياة.

فيما يلي المعادلة الكيميائية لعملية التمثيل الضوئي (الشكل 8.5):

على الرغم من أن المعادلة تبدو بسيطة ، إلا أن العديد من الخطوات التي تحدث أثناء عملية التمثيل الضوئي معقدة للغاية في الواقع. قبل تعلم تفاصيل كيفية تحويل الصور الضوئية لأشعة الشمس إلى طعام ، من المهم التعرف على الهياكل المعنية.

يحدث التمثيل الضوئي في النباتات عمومًا في الأوراق التي تتكون من عدة طبقات من الخلايا. تحدث عملية التمثيل الضوئي في طبقة وسطى تسمى الطبقة المتوسطة. يحدث تبادل الغازات لثاني أكسيد الكربون والأكسجين من خلال فتحات صغيرة منظمة تسمى الثغور (المفرد: ستوما) ، والتي تلعب أيضًا أدوارًا في تنظيم تبادل الغازات وتوازن الماء. توجد الثغور عادةً على الجانب السفلي من الورقة ، مما يساعد على تقليل فقد الماء. كل فغرة محاطة بخلايا حراسة تنظم فتح وإغلاق الثغور عن طريق التورم أو الانكماش استجابة للتغيرات التناضحية.

في جميع حقيقيات النوى ذاتية التغذية ، يحدث التمثيل الضوئي داخل عضية تسمى البلاستيدات الخضراء. بالنسبة للنباتات ، توجد الخلايا المحتوية على البلاستيدات الخضراء في الطبقة الوسطى. تحتوي البلاستيدات الخضراء على غلاف غشاء مزدوج (يتكون من غشاء خارجي وغشاء داخلي). داخل البلاستيدات الخضراء توجد هياكل على شكل قرص مكدسة تسمى ثايلاكويدات. جزء لا يتجزأ من غشاء الثايلاكويد هو الكلوروفيل ، وهو صبغة (جزيء يمتص الضوء) مسؤولة عن التفاعل الأولي بين الضوء والمواد النباتية ، والعديد من البروتينات التي تشكل سلسلة نقل الإلكترون. يحيط غشاء الثايلاكويد بمساحة داخلية تسمى تجويف الثايلاكويد. كما هو مبين في الشكل 8.6 ، يطلق على كومة من الثايلاكويدات اسم جرانوم ، وتسمى المساحة المملوءة بالسائل المحيطة بالحبيبة السدى أو "السرير" (لا ينبغي الخلط بينه وبين الفغرة أو "الفم" ، وهي فتحة على سطح الورقة) .

اتصال مرئي

في يوم حار وجاف ، تغلق النباتات ثغورها للحفاظ على المياه. ما هو تأثير ذلك على عملية التمثيل الضوئي؟

جزئين من التمثيل الضوئي

يحدث التمثيل الضوئي على مرحلتين متتاليتين: التفاعلات المعتمدة على الضوء والتفاعلات المستقلة للضوء. في التفاعلات المعتمدة على الضوء ، يمتص الكلوروفيل الطاقة من ضوء الشمس ويتم تحويل هذه الطاقة إلى طاقة كيميائية مخزنة. في التفاعلات المستقلة للضوء ، تعمل الطاقة الكيميائية التي يتم حصادها خلال التفاعلات المعتمدة على الضوء على دفع تجميع جزيئات السكر من ثاني أكسيد الكربون. لذلك ، على الرغم من أن التفاعلات المستقلة للضوء لا تستخدم الضوء كمتفاعل ، إلا أنها تتطلب عمل نواتج التفاعلات المعتمدة على الضوء. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تنشيط العديد من إنزيمات التفاعلات المستقلة عن الضوء بواسطة الضوء. تستخدم التفاعلات المعتمدة على الضوء جزيئات معينة لتخزين الطاقة مؤقتًا: يشار إليها باسم ناقلات الطاقة. يمكن اعتبار ناقلات الطاقة التي تنقل الطاقة من التفاعلات المعتمدة على الضوء إلى التفاعلات المستقلة عن الضوء على أنها "ممتلئة" لأنها غنية بالطاقة. بعد إطلاق الطاقة ، تعود حاملات الطاقة "الفارغة" إلى التفاعل المعتمد على الضوء للحصول على المزيد من الطاقة. يوضح الشكل 8.7 المكونات داخل البلاستيدات الخضراء حيث تحدث التفاعلات المعتمدة على الضوء والمستقلة عن الضوء.

ارتباط بالتعلم

انقر فوق الارتباط لمعرفة المزيد حول التمثيل الضوئي.

اتصال يومي

التمثيل الضوئي في محل بقالة

يتم تنظيم متاجر البقالة الرئيسية في الولايات المتحدة في أقسام ، مثل منتجات الألبان واللحوم والمنتجات والخبز والحبوب وما إلى ذلك. يحتوي كل ممر (الشكل 8.8) على مئات ، إن لم يكن الآلاف ، من المنتجات المختلفة للعملاء لشرائها واستهلاكها.

على الرغم من وجود تنوع كبير ، يرتبط كل عنصر مرة أخرى بعملية التمثيل الضوئي. ترتبط اللحوم ومنتجات الألبان ، لأن الحيوانات كانت تتغذى على الأطعمة النباتية. يأتي الخبز والحبوب والباستا إلى حد كبير من الحبوب النشوية ، وهي بذور نباتات تعتمد على التمثيل الضوئي. ماذا عن الحلويات والمشروبات؟ تحتوي كل هذه المنتجات على السكر — السكروز منتج نباتي ، ثنائي السكاريد ، جزيء كربوهيدرات ، يتم إنشاؤه مباشرة من عملية التمثيل الضوئي. علاوة على ذلك ، لا يتم اشتقاق العديد من العناصر بشكل واضح من النباتات: على سبيل المثال ، المنتجات الورقية هي بشكل عام منتجات نباتية ، والعديد من المواد البلاستيكية (وفيرة مثل المنتجات والتعبئة والتغليف) مشتق من الطحالب. تم إنتاج كل أنواع التوابل والنكهات في ممر التوابل تقريبًا بواسطة النبات كأوراق أو جذر أو لحاء أو زهرة أو فاكهة أو ساق. في النهاية ، يرتبط التمثيل الضوئي بكل وجبة وكل طعام يستهلكه الشخص.

بصفتنا مشاركًا في Amazon ، فإننا نكسب من عمليات الشراء المؤهلة.

هل تريد الاستشهاد بهذا الكتاب أو مشاركته أو تعديله؟ هذا الكتاب هو Creative Commons Attribution License 4.0 ويجب أن تنسب OpenStax.

    إذا كنت تعيد توزيع هذا الكتاب كله أو جزء منه بتنسيق طباعة ، فيجب عليك تضمين الإسناد التالي في كل صفحة مادية:

  • استخدم المعلومات أدناه لتوليد اقتباس. نوصي باستخدام أداة استشهاد مثل هذه.
    • المؤلفون: كوني راي ، روبرت وايز ، فلاديمير جوروكوفسكي ، جان دي سايكس ، جونغ تشوي ، ياعيل أفيسار
    • الناشر / الموقع الإلكتروني: OpenStax
    • عنوان الكتاب: علم الأحياء
    • تاريخ النشر: 21 أكتوبر 2016
    • المكان: هيوستن ، تكساس
    • عنوان URL للكتاب: https://openstax.org/books/biology/pages/1-introduction
    • عنوان URL للقسم: https://openstax.org/books/biology/pages/8-1-overview-of-photosynthesis

    © 15 سبتمبر 2020 OpenStax. محتوى الكتاب المدرسي الذي تنتجه OpenStax مرخص بموجب ترخيص Creative Commons Attribution License 4.0. لا يخضع اسم OpenStax وشعار OpenStax وأغلفة كتب OpenStax واسم OpenStax CNX وشعار OpenStax CNX لترخيص المشاع الإبداعي ولا يجوز إعادة إنتاجه دون الحصول على موافقة كتابية مسبقة وصريحة من جامعة رايس.


    الهياكل الرئيسية وملخص التمثيل الضوئي

    في autotrophs متعددة الخلايا ، تشمل الهياكل الخلوية الرئيسية التي تسمح بالتمثيل الضوئي ، البلاستيدات الخضراء ، الثايلاكويدات ، والكلوروفيل.

    أهداف التعلم

    صف الهياكل الرئيسية المشاركة في عملية التمثيل الضوئي وتذكر المعادلة الكيميائية التي تلخص عملية التمثيل الضوئي

    الماخذ الرئيسية

    النقاط الرئيسية

    • المعادلة الكيميائية لعملية التمثيل الضوئي هي [اللاتكس] 6CO_2 + 6H_2O rightarrow C_6H_ <12> O_6 + 6O_2. [/ latex]
    • في النباتات ، تتم عملية التمثيل الضوئي في الطبقة المتوسطة للأوراق ، داخل البلاستيدات الخضراء.
    • تحتوي البلاستيدات الخضراء على تراكيب على شكل قرص تسمى ثايلاكويدات ، والتي تحتوي على صبغة الكلوروفيل.
    • يمتص الكلوروفيل أجزاء معينة من الطيف المرئي ويلتقط الطاقة من ضوء الشمس.

    الشروط الاساسية

    • البلاستيدات الخضراء: عضية موجودة في خلايا النباتات الخضراء وطحالب التمثيل الضوئي حيث يحدث التمثيل الضوئي.
    • ميسوفيل: طبقة من الخلايا تتكون معظم الجزء الداخلي للورقة بين الطبقتين العلوية والسفلية من البشرة.
    • فغرة: مسام في بشرة الورقة والساق تستخدم للتبادل الغازي.

    نظرة عامة على التمثيل الضوئي

    التمثيل الضوئي هو عملية متعددة الخطوات تتطلب ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون والماء كركائز. ينتج الأكسجين و glyceraldehyde-3-phosphate (G3P أو GA3P) ، وهي جزيئات كربوهيدرات بسيطة عالية الطاقة ويمكن تحويلها لاحقًا إلى جلوكوز أو سكروز أو جزيئات سكر أخرى. تحتوي جزيئات السكر هذه على روابط تساهمية تخزن الطاقة. تقوم الكائنات الحية بتفكيك هذه الجزيئات لإطلاق الطاقة لاستخدامها في العمل الخلوي.

    البناء الضوئي: يستخدم التمثيل الضوئي الطاقة الشمسية وثاني أكسيد الكربون والماء لإنتاج الكربوهيدرات التي تخزن الطاقة. يتولد الأكسجين كمنتج نفايات لعملية التمثيل الضوئي.

    تعمل الطاقة الناتجة عن ضوء الشمس على دفع تفاعل ثاني أكسيد الكربون وجزيئات الماء لإنتاج السكر والأكسجين ، كما هو موضح في المعادلة الكيميائية لعملية التمثيل الضوئي. على الرغم من أن المعادلة تبدو بسيطة ، إلا أنها تتم من خلال العديد من الخطوات المعقدة. قبل تعلم تفاصيل كيفية تحويل الصور الذاتية للطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية ، من المهم التعرف على الهياكل المعنية.

    معادلة كيميائية لعملية التمثيل الضوئي: المعادلة الأساسية لعملية التمثيل الضوئي بسيطة بشكل مخادع. في الواقع ، تتضمن العملية العديد من الخطوات التي تتضمن مواد تفاعلية ومنتجات وسيطة. يتكون الجلوكوز ، المصدر الأساسي للطاقة في الخلايا ، من جزيئين من ثلاثة كربون GA3P.

    التمثيل الضوئي والورقة

    يحدث التمثيل الضوئي في النباتات عمومًا في الأوراق التي تتكون من عدة طبقات من الخلايا. تحدث عملية التمثيل الضوئي في طبقة وسطى تسمى الطبقة المتوسطة. يحدث تبادل الغازات لثاني أكسيد الكربون والأكسجين من خلال فتحات صغيرة منظمة تسمى الثغور (المفرد: ستوما) ، والتي تلعب أيضًا دورًا في تنظيم النبات & # 8217s لتوازن الماء. توجد الثغور عادةً على الجانب السفلي من الورقة ، مما يقلل من فقد الماء. كل فغرة محاطة بخلايا حراسة تنظم فتح وإغلاق الثغور عن طريق التورم أو الانكماش استجابة للتغيرات التناضحية.

    هيكل ورقة (مقطع عرضي): يحدث التمثيل الضوئي في الوسطية. تحتوي طبقة الحاجز على معظم البلاستيدات الخضراء والمنطقة الرئيسية التي يتم فيها إجراء التمثيل الضوئي. الطبقة الإسفنجية جيدة التهوية هي منطقة التخزين وتبادل الغازات. تنظم الثغور ثاني أكسيد الكربون وتوازن الماء.

    التمثيل الضوئي داخل البلاستيدات الخضراء

    في جميع حقيقيات النوى ذاتية التغذية ، يحدث التمثيل الضوئي داخل عضية تسمى البلاستيدات الخضراء. بالنسبة للنباتات ، توجد الخلايا المحتوية على البلاستيدات الخضراء في الطبقة الوسطى. تحتوي البلاستيدات الخضراء على غلاف غشاء مزدوج يتكون من غشاء خارجي وغشاء داخلي. داخل الغشاء المزدوج توجد هياكل على شكل قرص تسمى ثايلاكويدات.

    جزء لا يتجزأ من غشاء الثايلاكويد هو الكلوروفيل ، وهو صبغة تمتص أجزاء معينة من الطيف المرئي وتلتقط الطاقة من ضوء الشمس. يعطي الكلوروفيل النباتات لونها الأخضر وهو مسؤول عن التفاعل الأولي بين الضوء والمواد النباتية ، بالإضافة إلى العديد من البروتينات التي تشكل سلسلة نقل الإلكترون. يحيط غشاء الثايلاكويد بمساحة داخلية تسمى تجويف الثايلاكويد. يطلق على كومة من الثايلاكويدات اسم جرانوم ، والمساحة المملوءة بالسائل المحيطة بالحجر هي السدى أو & # 8220bed. & # 8221

    هيكل البلاستيدات الخضراء: Photosynthesis takes place in chloroplasts, which have an outer membrane and an inner membrane. Stacks of thylakoids called grana form a third membrane layer.


    Welcome to the Niyogi Lab!

    The Niyogi Lab studies photosynthetic energy conversion and its regulation in algae and plants.

    The lab's long-term research goals are to understand how photosynthesis works, how it is regulated, and how it might be improved to help meet the world's needs for food and fuel.

    The lab uses a wide array of experimental organisms (cyanobacteria, eukaryotic algae, and plants) and interdisciplinary approaches to investigate fundamental questions about the assembly, regulation, and dynamics of photosynthesis. Current lab members study the biosynthesis and function of photosynthetic pigments, assembly and repair of photosynthetic reaction centers, structure and dynamics of the photosynthetic membrane, mechanisms involved in sensing excess light, singlet oxygen signaling, transcriptional regulation of photosynthesis and photoprotection by light and carbon, and regulation of photosynthetic light harvesting in saturating light. By comparing how photosynthesis works in diverse organisms, we hope to uncover general design principles of natural photosynthesis as well as unique adaptations to different environments.


    Kris Niyogi is a Howard Hughes Medical Institute Investigator, a professor in the Department of Plant and Microbial Biology at the University of California, Berkeley, and a faculty scientist in the Molecular Biophysics and Integrated Bioimaging Division at Lawrence Berkeley National Laboratory.


    شاهد الفيديو: البناء الضوئي - التمثيل الضوئي (يونيو 2022).


تعليقات:

  1. Dolabar

    انت مخطئ. اكتب لي في PM ، وتحدث.

  2. Gavin

    إنها قطعة رائعة وذات قيمة إلى حد ما

  3. Enkoodabooaoo

    يمكن أن يكون أكثر متعة :)



اكتب رسالة