( قَالَ رَبِّ اشْرَحْ لِي صَدْرِي وَيَسِّرْ لِي أَمْرِي وَاحْلُلْ عُقْدَةً مِّن لِّسَانِي يَفْقَهُوا قَوْلِي )
تفاعلات البناء الضوئي
لأتعرف على تفاعلات البناء الضوئي, أدرس الشكل (3) ص (7), ثم أجيب عن الأسئلة الآتية :
بلاستيدة
الثايلاكويد
الستروما
1. يشير الشكل إلى حدوث نوعين من التفاعلات في البناء الضوئي, أذكرهما.
بلاستيدة
الثايلاكويد
الستروما
أنواع تفاعلات البناء الضوئي
التفاعلات الضوئية
حلقة كالفن
2. أعدد المواد اللازمة لحدوث البناء الضوئي.
بلاستيدة
الثايلاكويد
الستروما
التفاعلات الضوئية
(2)
(1)
(3)
(4)
(5)
المواد اللازمة لحدوث التفاعلات الضوئية
بلاستيدة
الثايلاكويد
الستروما
التفاعلات الضوئية
(1) : ضوء
(2)
(3)
(4)
(5)
(2) : H2O
(3) : NADP+
(4) : ADP
(5) : صبغة الكلوروفيل
(1)
بلاستيدة
الثايلاكويد
الستروما
(1)
(2)
(3)
المواد اللازمة لحدوث تفاعلات حلقة كالفن
حلقة كالفن
بلاستيدة
الثايلاكويد
الستروما
(1)
(2)
(3)
حلقة كالفن
(1) : CO2
(2) : ATP
(3) : NADPH
3. أحدد المواد الناتجة من التفاعل.
بلاستيدة
الثايلاكويد
الستروما
التفاعلات الضوئية
(2)
(1)
(3)
المواد الناتجة من التفاعلات الضوئية
بلاستيدة
الثايلاكويد
الستروما
التفاعلات الضوئية
(2)
(1)
(3)
(1) : O2
(2) : ATP
(3) : NADPH
بلاستيدة
الثايلاكويد
الستروما
(1)
(2)
(3)
المواد الناتجة من تفاعلات حلقة كالفن
حلقة كالفن
بلاستيدة
الثايلاكويد
الستروما
(1)
(2)
(3)
حلقة كالفن
(1) : G3P
(2) : NADP+
(3) : ADP
4. أين تحدث هذه التفاعلات ؟
بلاستيدة
الثايلاكويد
الستروما
تحدث التفاعلات الضوئية في غشاء الثايلاكويد
التفاعلات الضوئية
حلقة كالفن
تحدث تفاعلات حلقة كالفن في ستروما البلاستيدة
تفاعلات البناء الضوئي | التفاعلات الضوئية | حلقة كالفن |
المواد اللازمة لحدوث التفاعل | | |
المواد الناتجة من التفاعل | | |
مكان حدوث التفاعل | | |
NADP+ / ADP H2O / ضوء / صبغة الكلوروفيل
NADPH / ATP / CO2
NADPH / ATP / O2
NADP+ / ADP / G3P
غشاء الثايلاكويد
الستروما
تفاعلات البناء الضوئي
بلاستيدة
الثايلاكويد
الستروما
تقسم تفاعلات البناء الضوئي إلى مرحلتين أساسيتين هما :
التفاعلات الضوئية
التفاعلات اللاضوئية (حلقة كالفن)
التفاعلات اللاضوئية (حلقة كالفن)
التفاعلات الضوئية
تقسم تفاعلات البناء الضوئي إلى مرحلتين أساسيتين هما :
التفاعلات الضوئية
بلاستيدة
الثايلاكويد
التفاعلات الضوئية
H2O
NADP+
ADP
صبغة الكلوروفيل
ضوء
المواد اللازمة لحدوث التفاعلات الضوئية و المواد الناتجة منها
O2
ATP
NADPH
ماء
NaHCO3
ماء
NaHCO3
ينشطر الماء باستخدام الطاقة الضوئية إلى عناصره الأولية, منتجاً فقاعات الأكسجين
تتصاعد جزيئات الأكسجين (O2) إلى الهواء الجوي
تستنشق الكائنات الحية التي تتنفس تنفساً هوائياً غاز الأكسجين (O2) لتقوم بعملية التنفس الخلوي الهوائي و تستمر الحياة على وجه الأرض
توصف غابات الأمازون بأنها رئة العالم لأنها تنتج كميات كبيرة من الأكسجين
لا تعمل الطاقة الضوئية القادمة من أشعة الشمس على شطر الماء إلى عناصره الأساسية بشكل مباشر, و إلا لتفككت جزيئات الماء في المسطحات المائية
سيؤدي ذلك إلى فقدان المياه من المسطحات المائية إلى الأبد, فالإنسان لا يملك القدرة على تصنيع الماء من عناصره الأساسية, فذلك يحمل مخاطرة كبيرة لكونه يترافق مع حدوث انفجار (تفاعل احتراق بسبب وجود الأكسجين)
إن شطر (تحليل) الماء إلى عناصره الأساسية يختلف عن تبخر الماء
تمتلك النباتات إنزيماً يشطر (يحلل) الماء إلى عناصره الأساسية, و هذا الإنزيم لا ينشط إلا عند امتصاص الطاقة الضوئية
8 P
8 N
e
e
e
e
e
e
e
e
p
e
p
e
نظائر الهيدروجين (H)
n
p
e
n
n
p
e
p
e
يتواجد البروتيوم (H1) في الطبيعة بنسبة تبلغ 99.9855 %
ترتبط ذرة الأكسجين (O8) مع ذرتي الهيدروجين (H1) عن طريق رابطتين تشاركيتين لتكوين جزيء الماء (H2O)
8 P
8 N
e
e
e
e
e
e
e
e
p
e
p
e
ترتبط ذرة الأكسجين (O8) مع ذرتي الهيدروجين (H1) عن طريق رابطتين تشاركيتين لتكوين جزيء الماء (H2O)
امتصاص النبات لأشعة الشمس يحفز انزيماً يعمل على شطر الماء إلى ذرة أكسجين (O8) و إلكترونين (2 e-) و أيوني هيدروجين (H+)
8 P
8 N
e
e
e
e
e
e
e
e
p
e
p
e
p
e
p
H+
(بروتون)
عندما يفقد البروتيوم (H1) الالكترون الوحيد الذي يملكه يصبح بروتون (H+)
يمكننا تلخيص معادلة شطر (تحليل) الماء كالآتي :
8 P
8 N
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
p
p
H2O
→
2 H+
+ 2 e-
+ ½ O2
انزيم
يتم أيضاً في التفاعلات الضوئية :
طاقة ضوئية
طاقة كيميائية
(ATP, NADPH)
تستخدم أيونات الهيدروجين (H+) الناتجة من تحلل الماء في اختزال نواقل الالكترونات (NADP+) لإنتاج (NADPH)
H2O
→
2 H+
+ 2 e-
+ ½ O2
انزيم
NADP+
→
+ H+
NADPH
انزيم مختزل NADP+
+ 2 H+
+ 2 e-
كما تعمل أيونات الهيدروجين (H+) الناتجة من تحلل الماء على تنشيط إنزيم بناء (ADP) الذي يعمل على إنتاج (ATP)
H2O
→
2 H+
+ 2 e-
+ ½ O2
انزيم
ADP
→
ATP
انزيم بناء ATP
+ Pi
+ طاقة
ملخص مبدئي مدخلات و نواتج التفاعلات الضوئية :
H2O
→
½ O2
ضوء
+ NADP+
+ ADP
كلوروفيل
+ ATP
+ NADPH
+ Pi
التفاعلات اللاضوئية (حلقة كالفن)
التفاعلات الضوئية
تقسم تفاعلات البناء الضوئي إلى مرحلتين أساسيتين هما :
التفاعلات اللاضوئية (حلقة كالفن)
بلاستيدة
الستروما
CO2
ATP
NADPH
حلقة كالفن
المواد اللازمة لحدوث التفاعلات اللاضوئية (حلقة كالفن) و المواد الناتجة منها
G3P
NADP+
ADP
هذا التفاعلات لا تحتاج إلى الضوء بشكل مباشر, و فيها يقوم النبات بالآتي :
ثاني أكسيد الكربون (CO2)
ATP, NADPH
سكر غليسر ألدهايد أحادي الفوسفات (G3P)
أول سكر ثابت تنتجه النبتة
سكر الغلوكوز و المركبات العضوية الأخرى
الزيادة في كتلة النبات
ملخص مبدئي لمدخلات و نواتج التفاعلات اللاضوئية (حلقة كالفن) :
CO2
→
G3P
+ NADPH
+ ATP
+ NADP+
+ ADP
+ Pi
ملخص مبدئي لمدخلات و نواتج التفاعلات الضوئية :
H2O
→
½ O2
ضوء
+ NADP+
+ ADP
كلوروفيل
+ ATP
+ NADPH
+ Pi
ملخص مبدئي لمدخلات و نواتج التفاعلات اللاضوئية (حلقة كالفن) :
CO2
→
G3P
+ NADPH
+ ATP
+ NADP+
+ ADP
+ Pi
امتصاص الطاقة الضوئية
ما الذي يعطي النباتات القدرة على القيام بعملية البناء الضوئي ؟
السر يكمن في قدرتها على امتصاص الطاقة الضوئية
حيث يعد امتصاص الطاقة الضوئية أمراً ضرورياً لحدوث عملية البناء الضوئي
ما الذي يمكن النبات من امتصاص الطاقة الضوئية ؟
صبغة الكلوروفيل الموجودة في أغشية الثايلاكويدات في البلاستيدات الخضراء
البلاستيدة الخضراء
ثايلاكويد
غشاء الثايلاكويد
تجويف الثايلاكويد
غرانم
غشاء الثايلاكويد
تجويف الثايلاكويد
غرانم
يوجد في غشاء الثايلاكويد عدة أنواع من صبغات الكلوروفيل, منها كلوروفيل (a, b)
غشاء الثايلاكويد
تجويف الثايلاكويد
غرانم
بالإضافة إلى وجود أنواع أخرى من الصبغات الثانوية المساعدة مثل الكاروتين
غشاء الثايلاكويد
تجويف الثايلاكويد
غرانم
تعمل هذه الصبغات على امتصاص موجات الضوء المرئي
(أطوال موجاتها تمتد من 380-750 نانومتر)
تعد الشمس المصدر الرئيسي للإشعاع الكهرومغناطيسي
الأشعة فوق البنفسجية
أشعة X
أشعة جاما
FM
أشعة المايكرويف
الأشعة تحت الحمراء
TV
موجات قصيرة
الطول الموجي (nm)
الطول الموجي (nm)
الضوء المرئي
10-14
10-12
10-10
10-8
10-4
10-2
1
102
104
10-6
طيف الأمواج الكهرومغناطيسية
الأشعة فوق البنفسجية
أشعة X
أشعة جاما
FM
أشعة المايكرويف
الأشعة تحت الحمراء
TV
موجات قصيرة
الطول الموجي (nm)
الطول الموجي (nm)
الضوء المرئي
10-14
10-12
10-10
10-8
10-4
10-2
1
102
104
10-6
ما العلاقة بين طول الموجة و ترددها و طاقتها ؟
الأشعة فوق البنفسجية
أشعة X
أشعة جاما
FM
أشعة المايكرويف
الأشعة تحت الحمراء
TV
موجات قصيرة
الطول الموجي (nm)
الطول الموجي (nm)
الضوء المرئي
10-14
10-12
10-10
10-8
10-4
10-2
1
102
104
10-6
كلما ازداد طول الموجة قل ترددها و قلت طاقتها
الأشعة فوق البنفسجية
أشعة X
أشعة جاما
FM
أشعة المايكرويف
الأشعة تحت الحمراء
TV
موجات قصيرة
الطول الموجي (nm)
الطول الموجي (nm)
الضوء المرئي
10-14
10-12
10-10
10-8
10-4
10-2
1
102
104
10-6
ما الذي يجعل موجات الضوء المرئي الأنسب لعملية البناء الضوئي في النباتات ؟
الأشعة فوق البنفسجية
أشعة X
أشعة جاما
FM
أشعة المايكرويف
الأشعة تحت الحمراء
TV
موجات قصيرة
الطول الموجي (nm)
الطول الموجي (nm)
الضوء المرئي
10-14
10-12
10-10
10-8
10-4
10-2
1
102
104
10-6
إنَّ الموجات الضوئية ذات الطول الموجي القصير تحمل طاقة أعلى تدمر الخلايا و الأنسجة الحية
تحد طبقة الأوزون من وصول الموجات القصيرة عالية الطاقة
الأشعة فوق البنفسجية
أشعة X
أشعة جاما
FM
أشعة المايكرويف
الأشعة تحت الحمراء
TV
موجات قصيرة
الطول الموجي (nm)
الطول الموجي (nm)
الضوء المرئي
10-14
10-12
10-10
10-8
10-4
10-2
1
102
104
10-6
أما الموجات الضوئية ذات الأطوال الأكبر, فهي لا تحمل طاقة كافية لإتمام عملية البناء الضوئي
يشترك كلوروفيل a و كلوروفيل b في التركيب الأساسي و تختلف بشكل بسيط عن بعضها البعض
يظهر الشكل التركيب الكيميائي لكلوروفيل a (ذات اللون الأخضر المزرق) و كلوروفيل b (ذات اللون الأخضر المصفر)
الصيغة الجزيئية لكلوروفيل a (C55H72O5N4Mg)
أما كلوروفيل b (C55H70O6N4Mg)
نلاحظ أن حلقة البورفايرين (porphyrin ring) التي تحتوي على Mg+2 في كلوروفيل aيرتبط بها مجموعات الميثيل (methyl group) CH3
أما حلقة البورفايرين (porphyrin ring) في كلوروفيل b يرتبط بإحدى تفرعاتها مجموعة الفورميل (formyl group) CHO بدلاً من CH3
الطول الموجي (nm) | لون الضوء | الطاقة (kj/mol photons) | |
700 | أحمر | 170 | 1.76 |
650 | أحمر فاتح | 183 | 1.90 |
600 | أصفر | 199 | 2.06 |
500 | أزرق مخضر | 238 | 2.47 |
440 | أزرق | 271 | 2.80 |
400 | بنفسجي | 298 | 3.09 |
أدرس الشكل (4) ص8, ثم أجيب عن الأسئلة التي تليه :
الشكل (4) : امتصاص الموجات الضوئية بوساطة الأصباغ
طول الموجة (nm)
امتصاص الضوء
كلوروفيل b
كلوروفيل a
1. ما الموجات الضوئية التي يتم امتصاصها عن طريق كلوروفيل a و b ؟
الشكل (4) : امتصاص الموجات الضوئية بوساطة الأصباغ
طول الموجة (nm)
امتصاص الضوء
كلوروفيل b
كلوروفيل a
يتم امتصاص موجات الضوء الحمراء والزرقاء بكميات كبيرة, و موجات ضوئية بأطوال مختلفة بكميات قليلة
2. ما طول الموجات التي يتم فيها أعلى امتصاص للضوء ؟
الشكل (4) : امتصاص الموجات الضوئية بوساطة الأصباغ
طول الموجة (nm)
امتصاص الضوء
كلوروفيل b
كلوروفيل a
كلوروفيل a يمتص الموجات الضوئية بكفاءة عالية عند طول
(420 و 680) نانومتر تقريباً
2. ما طول الموجات التي يتم فيها أعلى امتصاص للضوء ؟
الشكل (4) : امتصاص الموجات الضوئية بوساطة الأصباغ
طول الموجة (nm)
امتصاص الضوء
كلوروفيل b
كلوروفيل a
يمتص كلوروفيل b الموجات الضوئية بكفاءة عالية عند طول
(480 و 640) نانومتر تقريباً
3. ما طول الموجات التي يتم فيها أقل امتصاص للضوء ؟
الشكل (4) : امتصاص الموجات الضوئية بوساطة الأصباغ
طول الموجة (nm)
امتصاص الضوء
كلوروفيل b
كلوروفيل a
ما بين ( 480-600 ) نانومتر تقريباً
أي موجات الضوء الأخضر
4. أي أجزاء البلاستيدة تحتوي على صبغة الكلوروفيل الخضراء ؟
الشكل (4) : امتصاص الموجات الضوئية بوساطة الأصباغ
طول الموجة (nm)
امتصاص الضوء
كلوروفيل b
كلوروفيل a
غشاء الثايلاكويد
سؤال ص 8 : كيف أفسر ظهور اللون الأخضر في النباتات ؟
الشكل (4) : امتصاص الموجات الضوئية بوساطة الأصباغ
طول الموجة (nm)
امتصاص الضوء
كلوروفيل b
كلوروفيل a
لأن صبغة الكلوروفيل لا تمتص موجات اللون الأخضر, و إنما تعكسها فتظهر النباتات باللون الأخضر
معلومة سريعة
ما العلاقة بين التركيب الكيميائي للكلوروفيل و أطوال الموجات الضوئية التي تمتصها ؟
أولاً علينا أن نتعرف إلى مفهوم النظام المقترن (conjugated system)
النظام المقترن (conjugated system) : نظام يحتوي روابط ثنائية متعاقبة مع روابط أحادية, كما هو الحال في حلقة البورفايرين للكلوروفيل.
كلما ازداد عدد الروابط الثنائية في نظام مقترن (conjugated system), كلما قلت الطاقة اللازمة لوصول أحد الكترونات الجزيء الصبغي إلى وضع التنشيط
فمثلاً, يكفي كلوروفيل a موجة ضوئية حمراء غامقة لوصول أحد الكتروناتها إلى وضع التنشيط لاحتوائها على 10 روابط ثنائية في النظام المقترن.
بينما المركب الكيميائي بوتاديين (butadiene) يحتاج الأشعة فوق البنفسجية المشبعة بالطاقة لوصول أحد الكتروناتها إلى وضع التنشيط
د
الأحمر و النيلي
أ
الأزرق و الأخضر
ج
الأحمر و الأخضر
ب
الأحمر و الأزرق
2) أي الموجات الضوئية الآتية يتم امتصاصها بكفاءة عالية بوساطة النباتات ؟
أسئلة الفصل سؤال ص 23
السؤال الأول : أختار رمز الإجابة الصحيحة في كل مما يأتي :
التفاعلات اللاضوئية (حلقة كالفن)
التفاعلات الضوئية
تقسم تفاعلات البناء الضوئي إلى مرحلتين أساسيتين هما :
التفاعلات الضوئية
ملخص مبدئي لمدخلات و نواتج التفاعلات الضوئية :
H2O
→
½ O2
ضوء
+ NADP+
+ ADP
كلوروفيل
+ ATP
+ NADPH
+ Pi
تترتب في نظامين ضوئيين وظيفيين في غشاء الثايلاكويد
النظام الضوئي و مكوناته
البلاستيدة الخضراء
ثايلاكويد
غشاء الثايلاكويد
تجويف الثايلاكويد
غرانم
غشاء الثايلاكويد
تجويف الثايلاكويد
غرانم
يوجد في غشاء الثايلاكويد عدة أنواع من صبغات الكلوروفيل, منها كلوروفيل (a, b)
بالإضافة إلى صبغات أخرى ضرورية لعملية البناء الضوئي
غشاء الثايلاكويد
تجويف الثايلاكويد
غرانم
تترتب هذه الصبغات في نظامين ضوئيين :
النظام الضوئي الثاني (Photosystem II)
النظام الضوئي الأول (Photosystem I)
ما الأجزاء التي يتكون منها النظام الضوئي ؟
هذا الشكل للإطلاع فقط
مستقبل e- أولي (Primary Electron Acceptor)
مركز التفاعل
جزيء كلوروفيل a
جزيء كلوروفيل b
كاروتين
جزيء كلوروفيل a
جزيء كلوروفيل b
كاروتين
غشاء الثايلاكويد
جزيء كلوروفيل a
جزيء كلوروفيل a
جزيء كلوروفيل b
جزيء كلوروفيل a
كاروتين
نظام ضوئي
الأجزاء المكونة للنظام الضوئي :
أنواع مختلفة من الصبغات
مركز التفاعل
(Reaction Center)
مستقبل e- أولي
كلوروفيل a
كلوروفيل a
كلوروفيل a
كلوروفيل b
كاروتين
كلوروفيل a
كلوروفيل b
كاروتين
كلوروفيل a
كلوروفيل b
كاروتين
مستقبل e- أولي (Primary Electron Acceptor)
جزيء كلوروفيل a
جزيء كلوروفيل b
كاروتين
جزيء كلوروفيل a
جزيء كلوروفيل b
كاروتين
غشاء الثايلاكويد
جزيء كلوروفيل a
جزيء كلوروفيل a
جزيء كلوروفيل b
جزيء كلوروفيل a
كاروتين
e-
e-
مستقبل e- أولي
كلوروفيل a
كلوروفيل a
كلوروفيل a
كلوروفيل b
كاروتين
كلوروفيل a
كلوروفيل b
كاروتين
كلوروفيل a
كلوروفيل b
كاروتين
سؤال ص 9 : ما وظيفة مركز التفاعل في النظام الضوئي ؟
اطلاق الكترونات منشطة (غنية بالطاقة)
e-
e-
( الحمدُ للهِ الذي بنعمتهِ تتمُ الصَّالحات)