معلومة

8.6: التمثيل الضوئي وأهمية الضوء - علم الأحياء

8.6: التمثيل الضوئي وأهمية الضوء - علم الأحياء



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.

أهداف التعلم

  • وصف وظيفة ومواقع أصباغ التمثيل الضوئي في حقيقيات النوى وبدائيات النوى
  • وصف المنتجات الرئيسية للتفاعلات المعتمدة على الضوء والمستقلة عن الضوء
  • صف التفاعلات التي تنتج الجلوكوز في خلية التمثيل الضوئي
  • قارن وعكس الفسفرة الضوئية الدورية وغير الحلقية

الكائنات غيرية التغذية تتراوح من بكتريا قولونية يعتمد البشر على الطاقة الكيميائية الموجودة أساسًا في جزيئات الكربوهيدرات. يتم إنتاج العديد من هذه الكربوهيدرات عن طريق التمثيل الضوئي ، وهي عملية كيميائية حيوية تقوم من خلالها الكائنات الضوئية بتحويل الطاقة الشمسية (ضوء الشمس) إلى طاقة كيميائية. على الرغم من أن التمثيل الضوئي يرتبط بشكل شائع بالنباتات ، إلا أن التمثيل الضوئي الميكروبي هو أيضًا مورد مهم للطاقة الكيميائية ، مما يغذي العديد من النظم البيئية المتنوعة. في هذا القسم ، سوف نركز على التمثيل الضوئي الميكروبي.

يحدث التمثيل الضوئي في مرحلتين متتاليتين: التفاعلات المعتمدة على الضوء والتفاعلات المستقلة عن الضوء (الشكل ( PageIndex {1} )). في رد الفعل المعتمد على الضوءس، يتم امتصاص الطاقة من ضوء الشمس بواسطة جزيئات الصباغ في أغشية التمثيل الضوئي وتحويلها إلى طاقة كيميائية مخزنة. في رد الفعل المستقل للضوءس، تُستخدم مادة الطاقة الكيميائية الناتجة عن التفاعلات المعتمدة على الضوء لدفع تجميع جزيئات السكر باستخدام ثاني أكسيد الكربون2؛ ومع ذلك ، لا تزال هذه التفاعلات تعتمد على الضوء لأن نواتج التفاعلات المعتمدة على الضوء اللازمة لقيادتها قصيرة العمر. تنتج التفاعلات المعتمدة على الضوء ATP وإما NADPH أو NADH لتخزين الطاقة مؤقتًا. تُستخدم ناقلات الطاقة هذه في التفاعلات المستقلة للضوء لدفع العملية غير المواتية للطاقة المتمثلة في "تثبيت" ثاني أكسيد الكربون غير العضوي2 في شكل عضوي ، سكر.

الهياكل الضوئية في حقيقيات النوى وبدائيات النوى

في جميع حقيقيات النوى الضوئية ، يحدث التمثيل الضوئي داخل بلاستيدات خضراء ، وهي عضية نشأت في حقيقيات النوى عن طريق التعايش الداخلي لبكتيريا التمثيل الضوئي (انظر الخصائص الفريدة للخلايا حقيقية النواة). هذه البلاستيدات الخضراء محاطة بغشاء مزدوج مع طبقات داخلية وخارجية. يوجد داخل البلاستيدات الخضراء غشاء ثالث يشكل هياكل ضوئية مكدسة على شكل قرص تسمى ثايلاكويدات (الشكل ( PageIndex {2} )). يطلق على كومة من الثايلاكويدات اسم جرانوم ، وتسمى المساحة المحيطة بالحجر داخل البلاستيدات الخضراء السدى.

على النقيض من ذلك ، فإن أغشية التمثيل الضوئي في بدائيات النوى ليست منظمة في عضيات مميزة محاطة بغشاء ؛ بدلا من ذلك ، فهي مناطق منغمسة في غشاء البلازما. في البكتيريا الزرقاء ، على سبيل المثال ، يشار إلى هذه المناطق المغمورة أيضًا باسم الثايلاكويدات. في كلتا الحالتين ، المدمجة داخل أغشية الثايلاكويد أو غيرها من الأغشية البكتيرية الضوئية عبارة عن جزيئات صبغة ضوئية منظمة في نظام ضوئي واحد أو أكثر ، حيث يتم تحويل الطاقة الضوئية فعليًا إلى طاقة كيميائية.

يتم تنظيم أصباغ التمثيل الضوئي داخل أغشية التمثيل الضوئي في نظام ضوئيس، كل منها يتكون من مجمع حصاد الضوء (الهوائيات) ومركز تفاعل. يتكون معقد حصاد الضوء من عدة بروتينات وأصباغ مرتبطة بها قد يمتص كل منها الطاقة الضوئية ، وبالتالي يصبح متحمسًا. يتم نقل هذه الطاقة من جزيء صبغ إلى آخر حتى يتم تسليمها في النهاية (بعد حوالي جزء من المليون من الثانية) إلى مركز التفاعل. حتى هذه النقطة ، تم فقط نقل الطاقة - وليس الإلكترونات - بين الجزيئات. يحتوي مركز التفاعل على جزيء صبغ يمكن أن يخضع للأكسدة عند الإثارة ، مما يؤدي في الواقع إلى التخلي عن الإلكترون. في هذه الخطوة من عملية التمثيل الضوئي ، يتم تحويل الطاقة الضوئية إلى إلكترون متحمس.

تمتص أنواع مختلفة من أصباغ حصد الضوء أنماطًا فريدة من الأطوال الموجية (ألوان) للضوء المرئي. تعكس الأصباغ أو تنقل الأطوال الموجية التي لا تستطيع امتصاصها ، مما يجعلها تظهر باللون المقابل. أمثلة على أصباغ التمثيل الضوئي (الجزيئات المستخدمة لامتصاص الطاقة الشمسية) هي جرثومة الكلوروفيل (الأخضر أو ​​الأرجواني أو الأحمر) ، والكاروتينات (البرتقالية أو الحمراء أو الصفراء) ، والكلوروفيل (الأخضر) ، والفيكوسيانين (الأزرق) ، والفيكويريثرين (الأحمر). من خلال وجود خليط من الأصباغ ، يمكن للكائن الحي أن يمتص الطاقة من المزيد من الأطوال الموجية. نظرًا لأن بكتيريا التمثيل الضوئي تنمو بشكل شائع في المنافسة على ضوء الشمس ، فإن كل نوع من أنواع بكتيريا التمثيل الضوئي يتم تحسينه لحصد الأطوال الموجية للضوء التي تتعرض لها بشكل شائع ، مما يؤدي إلى التقسيم الطبقي للمجتمعات الميكروبية في النظم البيئية المائية والتربة عن طريق جودة الضوء والاختراق.

بمجرد أن ينقل مجمع حصاد الضوء الطاقة إلى مركز التفاعل ، يسلم مركز التفاعل إلكتروناته عالية الطاقة ، واحدة تلو الأخرى ، إلى حامل الإلكترون في نظام نقل الإلكترون ، ويبدأ نقل الإلكترون من خلال ETS. تشبه ETS تلك المستخدمة في التنفس الخلوي وهي جزء لا يتجزأ من غشاء التمثيل الضوئي. في النهاية ، يتم استخدام الإلكترون لإنتاج NADH أو NADPH. يُستخدم التدرج الكهروكيميائي الذي يتشكل عبر غشاء التمثيل الضوئي لتوليد ATP عن طريق التناضح الكيميائي من خلال عملية الفسفرة الضوئية ، وهو مثال آخر على الفسفرة المؤكسدة (الشكل ( فهرس الصفحة {3} )).

تمرين ( PageIndex {1} )

في حقيقيات النوى الضوئية ، أين يحدث التمثيل الضوئي؟

التمثيل الضوئي المؤكسد وغير المؤكسد

لاستمرار عملية التمثيل الضوئي ، يجب استبدال الإلكترون المفقود من صبغة مركز التفاعل. مصدر هذا الإلكترون (H2أ) يميز التمثيل الضوئي الأكسجين للنباتات والبكتيريا الزرقاء عن التمثيل الضوئي غير المؤكسد الذي تقوم به أنواع أخرى من الصور الضوئية البكتيرية (الشكل ( فهرس الصفحة {4} )). في التمثيل الضوئي الأكسجين ، H2ينقسم O ويزود الإلكترون بمركز التفاعل. نظرًا لأن الأكسجين ينتج كمنتج ثانوي ويتم إطلاقه ، يشار إلى هذا النوع من التمثيل الضوئي باسم التمثيل الضوئي الأكسجين. ومع ذلك ، عندما تعمل مركبات مخفضة أخرى كمتبرع للإلكترون ، لا يتولد الأكسجين ؛ تسمى هذه الأنواع من التمثيل الضوئي التمثيل الضوئي غير المؤكسد. كبريتيد الهيدروجين (H2يمكن أن يكون S) أو ثيوسلفات (S2O2−3) (S2O32−) بمثابة مانح للإلكترون ، مما ينتج عنه أيونات الكبريت والكبريتات (SO2−4) (SO42−) ، على التوالي ، نتيجة لذلك.

تم تصنيف أنظمة الصور إلى نوعين: نظام الصور الأول (PSI) ونظام الصور الثاني (PSII) (الشكل ( PageIndex {5} )). تحتوي البكتيريا الزرقاء والبلاستيدات الخضراء على نظامي ضوئي ، بينما تستخدم بكتيريا التمثيل الضوئي غير المؤكسدة نظام ضوئي واحد فقط. كلا نظامي الصور متحمسان بالطاقة الضوئية في نفس الوقت. إذا كانت الخلية تتطلب كلا من ATP و NADPH من أجل التخليق الحيوي ، فسوف تقوم بإجراء عملية فسفرة ضوئية غير دورية. عند تمرير إلكترون مركز تفاعل PSII إلى ETS الذي يربط PSII و PSI ، يتم استبدال الإلكترون المفقود من مركز تفاعل PSII بتقسيم الماء. يتم استخدام إلكترون مركز تفاعل PSI المثير لتقليل NADP+ إلى NADPH ويتم استبداله بالإلكترون الخارج من ETS. يسمى تدفق الإلكترونات بهذه الطريقة بالمخطط Z.

إذا كانت حاجة الخلية إلى ATP أكبر بكثير من حاجتها إلى NADPH ، فقد تتجاوز إنتاج الطاقة المختزلة من خلال الفسفرة الضوئية الحلقية. يتم استخدام PSI فقط أثناء عملية الفسفرة الضوئية الدورية ؛ يتم تمرير الإلكترون عالي الطاقة لمركز تفاعل PSI إلى ناقل ETS ثم يعود في النهاية إلى صبغة مركز تفاعل PSI المؤكسد ، وبالتالي تقليله.

تمرين ( PageIndex {2} )

لماذا يكون لبكتيريا التمثيل الضوئي أصباغ مختلفة؟

ردود الفعل الخفيفة المستقلة

بعد تحويل الطاقة المنبعثة من الشمس إلى طاقة كيميائية وتخزينها مؤقتًا في جزيئات ATP و NADPH (لها عمر يصل إلى أجزاء من المليون من الثانية) ، تمتلك الضوئية الوقود اللازم لبناء جزيئات كربوهيدرات متعددة الكربوهيدرات ، والتي يمكنها البقاء على قيد الحياة لمئات الملايين من السنين ، لتخزين الطاقة على المدى الطويل. يأتي الكربون من ثاني أكسيد الكربون2، وهو الغاز الناتج عن نفايات التنفس الخلوي.

دورة كالفين-بنسون (سميت على اسم ملفين كالفن [1911-1997] وأندرو بنسون [1917-2015]) ، المسار الكيميائي الحيوي المستخدم لتثبيت ثاني أكسيد الكربون2، يقع داخل سيتوبلازم بكتيريا التمثيل الضوئي وفي سدى البلاستيدات الخضراء حقيقية النواة. يمكن تنظيم التفاعلات المستقلة للضوء لدورة كالفن في ثلاث مراحل أساسية: التثبيت ، والاختزال ، والتجديد (انظر الملحق ج للحصول على توضيح مفصل لدورة كالفن).

  • تثبيت: إنزيم كربوكسيلاز الريبولوز ثنائي الفوسفات (RuBisCO) يحفز إضافة ثاني أكسيد الكربون2 لريبولوز ثنائي الفوسفات (RuBP). ينتج عن هذا إنتاج 3-فوسفوجليسيرات (3-PGA).
  • تخفيض: ستة جزيئات من كل من ATP و NADPH (من التفاعلات المعتمدة على الضوء) تستخدم لتحويل 3-PGA إلى glyceraldehyde 3-phosphate (G3P). ثم يتم استخدام بعض G3P لبناء الجلوكوز.
  • تجديد: يتم استخدام G3P المتبقي غير المستخدم لتخليق الجلوكوز في تجديد RuBP ، مما يتيح للنظام مواصلة CO2 تثبيت. يتم استخدام ثلاثة جزيئات أخرى من ATP في تفاعلات التجديد هذه.

تُستخدم دورة كالفين على نطاق واسع بواسطة النباتات والبكتيريا ذات التغذية الضوئية ، ويقال إن إنزيم RuBisCO هو أكثر الإنزيمات وفرة على وجه الأرض ، حيث يتكون من 30٪ إلى 50٪ من إجمالي البروتين القابل للذوبان في البلاستيدات الخضراء النباتية.1 ومع ذلك ، إلى جانب استخدامها السائد في التغذية الضوئية ، تُستخدم دورة كالفين أيضًا من قبل العديد من المركبات الكيميائية غير التركيبية غير الضوئية لإصلاح ثاني أكسيد الكربون.2. بالإضافة إلى ذلك ، تستخدم البكتيريا والعتائق الأخرى أنظمة بديلة لثاني أكسيد الكربون2 تثبيت. على الرغم من أن معظم البكتيريا التي تستخدم بدائل دورة كالفين هي كيميائية ذاتية التغذية ، فقد ثبت أيضًا أن بعض البكتيريا ذات التغذية الضوئية للكبريت الأخضر تستخدم ثاني أكسيد الكربون البديل.2 مسار التثبيت.

تمرين ( PageIndex {3} )

صف المراحل الثلاث لدورة كالفين.

المفاهيم الأساسية والملخص

  • تعتمد الكائنات غيرية التغذية على الكربوهيدرات التي تنتجها ذاتية التغذية ، وكثير منها عبارة عن عملية التمثيل الضوئي ، وتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية.
  • تستخدم كائنات التمثيل الضوئي المختلفة مخاليط مختلفة من أصباغ التمثيل الضوئي، مما يزيد من نطاق الأطوال الموجية للضوء التي يمكن أن يمتصها الكائن الحي.
  • أنظمة الصور (PSI و PSII) يحتوي كل منهما على ملف مجمع حصاد الضوء، يتكون من بروتينات متعددة وأصباغ مرتبطة بها تمتص الطاقة الضوئية. ال ردود الفعل التي تعتمد على الضوء من التمثيل الضوئي يحول الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية ، وينتج ATP و NADPH أو NADH لتخزين هذه الطاقة مؤقتًا.
  • في التمثيل الضوئي الأكسجين، ح2يعمل O كمانح للإلكترون ليحل محل إلكترون مركز التفاعل ، ويتشكل الأكسجين كمنتج ثانوي. في التمثيل الضوئي غير المؤكسد، جزيئات أخرى مختزلة مثل H2يمكن استخدام S أو ثيوسلفات كمانح للإلكترون ؛ على هذا النحو ، لا يتشكل الأكسجين كمنتج ثانوي.
  • الفسفرة الضوئية غير الحلقية يستخدم في التمثيل الضوئي للأكسجين عندما تكون هناك حاجة لإنتاج كل من ATP و NADPH. إذا كانت احتياجات الخلية من ATP تفوق احتياجاتها لـ NADPH ، فقد تقوم بتنفيذها الفسفرة الضوئية الدورية بدلاً من ذلك ، ينتج فقط ATP.
  • ال تفاعلات الضوء المستقلة في عملية التمثيل الضوئي ، استخدم ATP و NADPH من التفاعلات المعتمدة على الضوء لإصلاح ثاني أكسيد الكربون2 في جزيئات السكر العضوية.

متعدد الخيارات

أثناء التفاعلات المعتمدة على الضوء ، أي جزيء يفقد إلكترونًا؟

A. جزيء الصباغ حصاد الضوء
ب- جزيء صبغة مركز التفاعل
جيم نادف
د 3-فوسفوجليسيرات

ب

في بدائيات النوى ، في أي اتجاه يتم ضخ أيونات الهيدروجين بواسطة نظام نقل الإلكترون لأغشية التمثيل الضوئي؟

ألف إلى الخارج من غشاء البلازما
B. إلى الداخل (السيتوبلازم) من الخلية
جيم إلى السدى
D. إلى الفضاء بين الغشاء للبلاستيدات الخضراء

أ

أي مما يلي لا يحدث أثناء الفسفرة الضوئية الحلقية في البكتيريا الزرقاء؟

أ. نقل الإلكترون من خلال خدمات الاختبارات التربوية
ب. نظام ضوئي أستخدمه
جيم التوليف ATP
تشكيل NADPH

د

وهما منتجان للتفاعلات المعتمدة على الضوء ________.

A. الجلوكوز و NADPH
ب. NADPH و ATP
جيم جليسيرالدهيد 3-فوسفات وثاني أكسيد الكربون2
د- الجلوكوز والأكسجين

ب

خطأ صحيح

ينتج عن التمثيل الضوئي دائمًا تكوين الأكسجين.

خاطئة

املاء الفراغ

الإنزيم المسؤول عن ثاني أكسيد الكربون2 التثبيت خلال دورة كالفين يسمى ________.

كربوكسيلاز ثنائي فوسفات الريبولوز (RuBisCO)

أنواع جزيئات الصباغ الموجودة في النباتات والطحالب والبكتيريا الزرقاء هي ________ و ________.

الكلوروفيل والكاروتينات

اجابة قصيرة

لماذا يقوم الكائن الحي بإجراء الفسفرة الحلقية بدلاً من الفسفرة غير الحلقية؟

ما هي وظيفة أصباغ التمثيل الضوئي في مجمع حصاد الضوء؟

التفكير النقدي

هل الحياة تعتمد على تثبيت الكربون الذي يحدث أثناء تفاعلات الضوء المستقلة لعملية التمثيل الضوئي؟ يشرح.

الحواشي

  1. 1 ألف دينغرا وآخرون. "ترجمة محسنة لبلاست كلوروبلاست Rbcيستعيد الجين S مستويات الوحدات الفرعية الصغيرة والتمثيل الضوئي في الطاقة النووية RbcS Antisense Plants. " وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم بالولايات المتحدة الأمريكية 101 لا. 16 (2004): 6315-6320.

لماذا دراسة التمثيل الضوئي

يمكن القول إن التمثيل الضوئي هو أهم عملية بيولوجية على وجه الأرض. من خلال تحرير الأكسجين واستهلاك ثاني أكسيد الكربون ، حول العالم إلى بيئة مضيافة نعرفها اليوم. بشكل مباشر أو غير مباشر ، تملأ عملية التمثيل الضوئي جميع متطلباتنا الغذائية والعديد من احتياجاتنا من الألياف ومواد البناء. تأتي الطاقة المخزنة في البترول والغاز الطبيعي والفحم من الشمس عبر عملية التمثيل الضوئي ، وكذلك الطاقة الموجودة في الحطب ، وهو وقود رئيسي في أجزاء كثيرة من العالم. ولما كان الأمر كذلك ، فإن البحث العلمي في عملية التمثيل الضوئي مهم للغاية. إذا تمكنا من فهم تعقيدات عملية التمثيل الضوئي والتحكم فيها ، فيمكننا تعلم كيفية زيادة غلة المحاصيل من الغذاء والألياف والخشب والوقود وكيفية استخدام أراضينا بشكل أفضل. يمكن تكييف أسرار جمع الطاقة للنباتات مع الأنظمة التي من صنع الإنسان والتي توفر طرقًا جديدة وفعالة لتجميع واستخدام الطاقة الشمسية. يمكن أن تساعد هذه "التقنيات" الطبيعية نفسها في تحديد الطريق نحو تصميم أجهزة كمبيوتر جديدة وأسرع وأكثر إحكاما ، وحتى إلى اكتشافات طبية جديدة. نظرًا لأن التمثيل الضوئي يساعد في التحكم في تكوين غلافنا الجوي ، فإن فهم عملية التمثيل الضوئي أمر بالغ الأهمية لفهم كيفية تأثير ثاني أكسيد الكربون و "غازات الاحتباس الحراري" الأخرى على المناخ العالمي. في هذا المستند ، سوف نستكشف بإيجاز كل مجال من المجالات المذكورة أعلاه ، ونوضح كيف أن أبحاث التركيب الضوئي ضرورية للحفاظ على جودة حياتنا وتحسينها.

التمثيل الضوئي والغذاء. تلبي المملكة النباتية جميع احتياجاتنا من الطاقة البيولوجية ، إما بشكل مباشر أو من خلال الحيوانات العاشبة. تحصل النباتات بدورها على الطاقة اللازمة لتجميع المواد الغذائية عبر عملية التمثيل الضوئي. على الرغم من أن النباتات تستمد المواد الضرورية من التربة والماء وثاني أكسيد الكربون من الهواء ، فإن احتياجات الطاقة للنبات تمتلئ بضوء الشمس. ضوء الشمس هو طاقة نقية. ومع ذلك ، فإن ضوء الشمس في حد ذاته ليس شكلاً مفيدًا جدًا من أشكال الطاقة التي لا يمكن تناولها ، ولا يمكنه تحويل الدينامو ، ولا يمكن تخزينه. لكي تكون مفيدة ، يجب تحويل الطاقة في ضوء الشمس إلى أشكال أخرى. هذا هو كل ما يتعلق بعملية التمثيل الضوئي. إنها العملية التي تغير بها النباتات الطاقة في ضوء الشمس إلى أنواع من الطاقة يمكن تخزينها لاستخدامها لاحقًا. تقوم النباتات بهذه العملية في مراكز التفاعل الضوئي. توجد هذه الوحدات الصغيرة في الأوراق ، وتقوم بتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية ، وهو الشكل الذي تستخدمه جميع الكائنات الحية. تتضمن إحدى عمليات تجميع الطاقة الرئيسية في النباتات استخدام طاقة ضوء الشمس لتحويل ثاني أكسيد الكربون من الهواء إلى سكريات ونشويات وكربوهيدرات أخرى عالية الطاقة. يتم إطلاق الأكسجين في هذه العملية. في وقت لاحق ، عندما يحتاج النبات إلى الطعام ، فإنه يعتمد على الطاقة المخزنة في هذه الكربوهيدرات. نحن نفعل نفس الشيء. عندما نأكل طبقًا من السباغيتي ، تتأكسد أجسامنا أو "تحرق" النشا بالسماح لها بالاندماج مع الأكسجين من الهواء. ينتج عن هذا ثاني أكسيد الكربون ، الذي نزفره ، والطاقة التي نحتاجها للبقاء على قيد الحياة. وبالتالي ، إذا لم يكن هناك عملية التمثيل الضوئي ، فلا يوجد طعام. في الواقع ، تشير إحدى النظريات المقبولة على نطاق واسع لشرح انقراض الديناصورات إلى أن مذنبًا أو نيزكًا أو بركانًا أطلق الكثير من المواد في الغلاف الجوي لدرجة أن كمية ضوء الشمس التي تصل إلى الأرض تقلصت بشدة. وهذا بدوره تسبب في موت العديد من النباتات والمخلوقات التي اعتمدت عليها للحصول على الطاقة.

التمثيل الضوئي والطاقة. أحد الكربوهيدرات الناتجة عن عملية التمثيل الضوئي هو السليلوز ، والذي يشكل الجزء الأكبر من الخشب الجاف والمواد النباتية الأخرى. عندما نحرق الخشب ، نحول السليلوز مرة أخرى إلى ثاني أكسيد الكربون ونطلق الطاقة المخزنة على شكل حرارة. حرق الوقود هو في الأساس نفس عملية الأكسدة التي تحدث في أجسامنا ، فهو يحرر طاقة "ضوء الشمس المخزن" في شكل مفيد ، ويعيد ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي. الطاقة من حرق "الكتلة الحيوية" مهمة في أجزاء كثيرة من العالم. في البلدان النامية ، لا يزال حطب الوقود مهمًا للبقاء على قيد الحياة. يعتبر الإيثانول (كحول الحبوب) المنتج من السكريات والنشويات عن طريق التخمير وقودًا رئيسيًا للسيارات في البرازيل ، ويضاف إلى البنزين في بعض أجزاء الولايات المتحدة للمساعدة في تقليل انبعاثات الملوثات الضارة. كما يتم تحويل الإيثانول بسهولة إلى الإيثيلين ، والذي يعمل كمادة وسيطة لجزء كبير من صناعة البتروكيماويات. من الممكن تحويل السليلوز إلى سكر ، ومن ثم إلى إيثانول تقوم الكائنات الحية الدقيقة المختلفة بهذه العملية. يمكن أن تكون ذات أهمية تجارية في يوم من الأيام.

مصادر الطاقة الرئيسية لدينا ، بالطبع ، هي الفحم والنفط والغاز الطبيعي. جميع هذه المواد مشتقة من النباتات والحيوانات القديمة ، والطاقة المخزنة فيها هي طاقة كيميائية أتت في الأصل من ضوء الشمس من خلال عملية التمثيل الضوئي. وبالتالي ، فإن معظم الطاقة التي نستخدمها اليوم كانت في الأصل طاقة شمسية!

التمثيل الضوئي والألياف والمواد. الخشب ، بالطبع ، لا يتم حرقه فقط ، ولكنه مادة مهمة للبناء والعديد من الأغراض الأخرى. الورق ، على سبيل المثال ، عبارة عن سليلوز نقي تقريبًا ينتج عن طريق التمثيل الضوئي ، مثل القطن والعديد من الألياف الطبيعية الأخرى. حتى إنتاج الصوف يعتمد على الطاقة المشتقة ضوئيًا. في الواقع ، تتطلب جميع المنتجات النباتية والحيوانية بما في ذلك العديد من الأدوية والعقاقير طاقة لإنتاجها ، وتأتي هذه الطاقة في النهاية من ضوء الشمس عبر عملية التمثيل الضوئي. يتم ملء العديد من احتياجاتنا من المواد الأخرى بالبلاستيك والألياف الاصطناعية التي يتم إنتاجها من البترول ، وبالتالي فهي أيضًا من أصل ضوئي. حتى أن الكثير من عمليات تكرير المعادن لدينا تعتمد في النهاية على الفحم أو منتجات التمثيل الضوئي الأخرى. في الواقع ، من الصعب تسمية مادة أو مادة مهمة اقتصاديًا لا يرتبط وجودها وفائدتها بطريقة ما بعملية التمثيل الضوئي.

البناء الضوئي والبيئة. حاليًا ، هناك الكثير من النقاش حول الآثار المحتملة لثاني أكسيد الكربون و "غازات الاحتباس الحراري" الأخرى على البيئة. كما ذكرنا سابقًا ، يحول التمثيل الضوئي ثاني أكسيد الكربون من الهواء إلى كربوهيدرات وأنواع أخرى من الكربون "الثابت" ويطلق الأكسجين إلى الغلاف الجوي. عندما نحرق الحطب أو الإيثانول أو الفحم والزيت وأنواع الوقود الأحفوري الأخرى ، يتم استهلاك الأكسجين ، ويتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون مرة أخرى في الغلاف الجوي. وبالتالي ، فإن ثاني أكسيد الكربون الذي تمت إزالته من الغلاف الجوي على مدى ملايين السنين يتم استبداله بسرعة كبيرة من خلال استهلاكنا لهذه الأنواع من الوقود. لا بد أن تؤثر الزيادة في ثاني أكسيد الكربون والغازات ذات الصلة على غلافنا الجوي. هل سيكون هذا التغيير كبيرًا أم صغيرًا ، وهل سيكون ضارًا أم مفيدًا؟ تتم دراسة هذه الأسئلة بنشاط من قبل العديد من العلماء اليوم. ستعتمد الإجابات بشدة على تأثير التمثيل الضوئي الذي تقوم به الكائنات البرية والبحرية. نظرًا لأن عملية التمثيل الضوئي تستهلك ثاني أكسيد الكربون وتطلق الأكسجين ، فإنها تساعد في مواجهة تأثير احتراق الوقود الأحفوري. لا يطلق حرق الوقود الأحفوري ثاني أكسيد الكربون فحسب ، بل يطلق أيضًا الهيدروكربونات وأكاسيد النيتروجين والمواد النزرة الأخرى التي تلوث الغلاف الجوي وتساهم في مشاكل صحية وبيئية طويلة الأجل. هذه المشاكل هي نتيجة حقيقة أن الطبيعة قد اختارت تنفيذ عملية التمثيل الضوئي من خلال تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مواد غنية بالطاقة مثل الكربوهيدرات. هل يمكن استخدام مبادئ تجميع الطاقة الشمسية الضوئية بطريقة ما لإنتاج أنواع وقود أو مصادر طاقة غير ملوثة؟ الجواب كما سنرى هو نعم.

أستاذ ريجنت الفخري


أهمية التمثيل الضوئي ولماذا هو حيوي لبقاء الحياة

نعلم جميعًا أن مصدر الحياة على الأرض هو الشمس. لكن هل تعلم أنه بدون عملية التمثيل الضوئي ، ستضيع الطاقة المشتقة من الشمس ، تاركة وراءها كوكبًا هامدًا؟ هنا المزيد.

نعلم جميعًا أن مصدر الحياة على الأرض هو الشمس. لكن هل تعلم أنه بدون عملية التمثيل الضوئي ، ستضيع الطاقة المشتقة من الشمس ، تاركة وراءها كوكبًا هامدًا؟ هنا & # 8217s المزيد & # 8230

إن أبسط طريقة لفهم ماهية التمثيل الضوئي هي معرفة أنه يشير إلى عملية إنتاج وإطلاق الأكسجين في الهواء. إنها عملية تقوم بها النباتات لإنتاج طعامها ، وتتطلب أشعة الشمس المباشرة وثاني أكسيد الكربون والماء (H2س). في عملية التمثيل الضوئي ، تحلل النباتات جزيئات الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون إلى هيدروجين وكربون وأكسجين لإنتاج الجلوكوز ، الذي يشكل مصدر طاقتها ونموها وطعامها.

منتجات التمثيل الضوئي

هل تود الكتابة لنا؟ حسنًا ، نحن نبحث عن كتاب جيدين يريدون نشر الكلمة. تواصل معنا وسنتحدث.

المنتج الأساسي لعملية التمثيل الضوئي هو الجلوكوز وهو مصدر الكربوهيدرات مثل السليلوز والنشا وما إلى ذلك ، كما أنه ينتج الدهون والبروتينات والسكريات القابلة للذوبان في الماء مثل المالتوز والسكروز. تعتمد النباتات على هذا الجلوكوز في نموها وطاقتها.

تعتمد جميع الكائنات الحية على الأرض على الدهون والبروتينات والكربوهيدرات لاستخراج طاقتها ، وبالتالي فهي تعتمد بشكل مباشر على هذه العملية من أجل بقائها على قيد الحياة.

التمثيل الضوئي والتنفس

يمكن فهم أهمية التمثيل الضوئي فيما يتعلق بعملية التنفس لدينا. تبقينا عملية التنفس على قيد الحياة وتوفر لنا عملية التمثيل الضوئي الأكسجين للتنفس.

كلتا العمليتين مترابطتان وتخدمان بعضهما البعض. بينما يتطلب التمثيل الضوئي ثاني أكسيد الكربون وإطلاق الأكسجين لإنتاج الجلوكوز ، يحتاج التنفس إلى الأكسجين أثناء الاستنشاق ويطلق ثاني أكسيد الكربون أثناء الزفير.

يحدث التمثيل الضوئي خلال النهار لأن النباتات تتطلب ضوء الشمس لإنتاج الطاقة. من ناحية أخرى ، يحدث التنفس طوال الوقت طالما أن الكائن الحي على قيد الحياة.

عندما تتنفس النباتات ، فإنها تمتص ثاني أكسيد الكربون من الهواء مما يساعدها في تحضير الطعام (الجلوكوز). يعطون الأكسجين كجزء من عملية التمثيل الضوئي. يحدث هذا في النهار. أثناء الليل ، عندما لا يكون هناك ضوء الشمس ، يتم إغلاق الثغور (المسام التي يدخل من خلالها ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون إلى الأوراق) ، وتطلق الأوراق كميات صغيرة من ثاني أكسيد الكربون في الهواء.

التمثيل الضوئي والبيئة

يعتمد مستوى ثاني أكسيد الكربون في البيئة إلى حد كبير على عملية التمثيل الضوئي ، والتي تعتمد بدورها على عدد النباتات والأشجار التي لدينا. يمكن أن تؤدي الزيادة أو النقصان المفرطان في مستوى ثاني أكسيد الكربون إلى نتائج كارثية على كوكب الأرض.

أدت الثورات الصناعية والتقدم التقني إلى وجود عدد كبير جدًا من المصانع ومنازل الإنتاج والمباني والطرق وما إلى ذلك ، وبالتالي زيادة استخدام الوقود وإطلاق النفايات الصناعية وثاني أكسيد الكربون ، والتي يمكن أن تكون ضارة جدًا بالبيئة.

هل تود الكتابة لنا؟ حسنًا ، نحن نبحث عن كتاب جيدين يريدون نشر الكلمة. تواصل معنا وسنتحدث.

بالطريقة نفسها ، قد تؤدي الزيادة في مستوى ثاني أكسيد الكربون إلى الإضرار بالبيئة بالمثل ، وقد يؤدي انخفاض المستوى إلى تجميد الكوكب باعتباره ثاني أكسيد الكربون.2 يساعد في الحفاظ على كوكبنا دافئًا وقادرًا على العيش. يساعد التمثيل الضوئي في الحفاظ على توازن مستوى ثاني أكسيد الكربون في الطبيعة عن طريق أخذ ثاني أكسيد الكربون2 في النهار (وفي نفس الوقت توفير الأكسجين للكائنات الحية الأخرى) وإطلاقه في الليل.

التمثيل الضوئي والحياة

يرتبط التمثيل الضوئي ارتباطًا مباشرًا بحياة وبقاء جميع الكائنات الحية الأخرى على الأرض. فهو لا يوفر الأكسجين فقط ، والذي بدونه ، سيكون التنفس والبقاء على قيد الحياة أمرًا صعبًا ، ولكنه يوفر أيضًا الغذاء والطاقة للجميع.

من بين جميع الكائنات الحية على كوكب الأرض ، فإن النباتات فقط هي القادرة على إنتاج طعامها واستخلاص الطاقة منه. لا يمكن لأي كائن حي آخر إنتاج طعامه ، وبالتالي يعتمد على النباتات أو الكائنات الأخرى التي تتغذى على النباتات للبقاء على قيد الحياة. لذلك ، من خلال إنتاج الطاقة ، تزود النباتات جميع العناصر الغذائية الضرورية والطاقة بشكل مباشر و / أو غير مباشر للكائنات الحية الأخرى. يمكن إنتاج هذه الطاقة من خلال عملية التمثيل الضوئي.

بالنظر إلى جميع الحقائق المذكورة أعلاه ، من الواضح كيف يلعب التمثيل الضوئي دورًا حيويًا في تنظيم دورة الحياة على الأرض. الآن قد تدرك أهميتها في كل مرة تقوم فيها بالشهيق والزفير ، وإلقاء نظرة على النباتات في الفناء الخلفي أو الحي أو الحديقة الأمامية. تعمل أشعة الشمس والماء والنباتات معًا لتزويدنا بالمصدر الخام للطاقة ، ومساعدتنا على تنفس الأكسجين للعيش عليه. وبالتالي ستكون الحياة بدون عملية التمثيل الضوئي مستحيلة.


امتصاص الضوء

تدخل الطاقة الضوئية في عملية التمثيل الضوئي عندما تمتص الأصباغ الضوء. في النباتات ، تمتص جزيئات الصباغ الضوء المرئي فقط من أجل التمثيل الضوئي. الضوء المرئي الذي يراه البشر على أنه ضوء أبيض موجود في الواقع في قوس قزح من الألوان. تقوم أجسام معينة ، مثل المنشور أو قطرة ماء ، بتشتيت الضوء الأبيض لتكشف عن هذه الألوان للعين البشرية. تنظر العين البشرية إلى جزء الضوء المرئي من الطيف الكهرومغناطيسي على أنه قوس قزح من الألوان ، مع البنفسجي والأزرق أطوال موجية أقصر ، وبالتالي طاقة أعلى. في الطرف الآخر من الطيف باتجاه اللون الأحمر ، تكون الأطوال الموجية أطول ولديها طاقة أقل.


تحتوي النباتات على مجموعة كبيرة من المواد الكيميائية التي يتم استخلاصها واستخدامها في إنتاج الأدوية. الأسبرين العقار المستخدم كمسكن للآلام ولتقليل تخثر الدم لدى مرضى القلب مشتق من حمض الساليسيليك ، وهو مادة كيميائية مستخرجة من لحاء شجرة الصفصاف. يتم إنتاج مسكنات الألم القوية (الأدوية المسكنة) مثل المورفين والكوديين من الأفيون ، العصارة المجففة المشتقة من بذور نبات الخشخاش.

حتى الآن ، يبلغ عدد النباتات التي تم اختبارها من أجل الخصائص الطبية بالآلاف فقط. لا يزال هناك عدد كبير لم يتم اختباره حتى الآن بما في ذلك العديد من الأنواع التي تم الحصول عليها من الغابات الاستوائية المطيرة. تضيف الخصائص الطبية غير المعروفة لهذه الأنواع النباتية إلى أهمية حماية الموائل الطبيعية مثل الغابات المطيرة.

الخشب المستخدم كمواد بناء ووقود للاحتراق وفي صناعة الورق يتم الحصول عليه من الأشجار.


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 تتم فيها عملية 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: يحدث التمثيل الضوئي في البلاستيدات الخضراء ، التي لها غشاء خارجي وغشاء داخلي. تشكل أكوام من الثايلاكويدات المسماة جرانا طبقة غشاء ثالثة.


8.6: التمثيل الضوئي وأهمية الضوء - علم الأحياء

ما هو التمثيل الضوئي ولماذا هو مهم
التمثيل الضوئي هو عملية يتم خلالها حصاد الطاقة من الضوء واستخدامها لتوليد الكربوهيدرات العضوية من ثاني أكسيد الكربون والماء ، وتوليد الأكسجين. Photosynthesis is the only way that radiant energy from the sun can be converted into organic molecules for plants and animals to consume.

Structure of Chloroplasts
Chloroplasts are specialized organelles in plant cells for the purpose of photosynthesis. Each cell may contain 1-1000 copies of chloroplasts. Chloroplasts are double membrane structure with stacked disc-like membrane structure (called thylakoids) inside the stroma. Light reactions of photosynthesis occur in thylakoids, and dark reactions occur in stroma.

Physics of light
Quantum is the elemental unit of energy. Photon is a quantum of electromagnetic energy and it is particle of light.

Light reaction and photophosphorylation
Pigments embedded on thylakoid membranes form photosystems. There are of two types: PS I P700, PS II P680. Components of photosystem I and II transfer the electrons from water to NADP via cyclic electron transfer or non-cyclic electron transfer. During electron transfer, the light energy captured by the photosynthetic organisms is transformed into the phosphate bond energy of ATP. This is called photophosphorylation. NADPH is generated during non-cyclic electron transfer.

Dark reaction &ndash Calvin cycle
Second step of photosynthesis is called Calvin&rsquos cycle. Because it does not require light, so it is called dark reaction. During dark reaction, the ATP and NADPH generated by light reaction are consumed to fix carbon dioxide into organic carbohydrates. The first fixed carbohydrate is a three carbon compound 3-phosphoglycerate (3PGA). The final product is a high-energy 3 carbon compound glyceraldehyde-3-phosphate (G3P) which can be used to synthesize a broad range of organic molecules. An important intermediate molecule for carbon dioxide fixation is ribulose bisphosphate (RuBP), and the enzyme catalyzing the CO2 fixation is Rubisco.

Photorespiration
Under high oxygen and low carbon dioxide conditions, Rubisco favors binding to oxygen instead of carbon dioxide, therefore the energy produced in light reactions are consumed for no productivity of organic carbohydrates. The final result is that oxygen is consumed and CO2 is produced, which mimics respiration, and therefore named photorespiration.

C4 pathway
C4 cycle is the pathway adopted by C4 plants to conserve the carbon dioxide released via photorespiration. It adopts a new enzyme (PEPC, Phosphoenol pyruvate carboxylase) which does not react with oxygen it also adopted a separated compartment for CO2 up taking and fixation.

Photosynthesis is a process where by energy from light is harvested and used to drive synthesis of organic carbohydrates from carbon dioxide and water. Photosynthesis takes place in chloroplasts and can be divided into two steps: light reactions which require light and dark reactions which do not require light. During light reaction, light energy is captured by photosystems and electrons are transferred among the electron receptors. ATP and NADPH are generated. During dark reactions, CO2 is fixed using ATP and NADPH generated by the light reactions and organic carbohydrates are synthesized via the Calvin Cycle. When the CO2 is first fixed into a 3 carbon compound 3PGA, it is called C3 pathways and these plants are called C3 plants. The disadvantage of C3 plants is that they undergo photorespiration and thus waste some energy gained in light reactions. C4 cycle is the pathway adopted by C4 plants to bypass photorespiration.

  • General concept map to explain the photosynthesis features.
  • Pictorial explanation of light absorption and electron transfer
  • Graphic explanation on ATP generation.
  • Direct and easy-to-understand graphics on C3 pathways
  • Progressively logical explanation on C4 pathway

Importance of photosynthesis

Photorespiration and C4 pathway

See all 24 lessons in College Biology, including concept tutorials, problem drills and cheat sheets:
Teach Yourself College Biology Visually in 24 Hours


Generating an Energy Carrier: ATP

In the light-dependent reactions, energy absorbed by sunlight is stored by two types of energy-carrier molecules: ATP and NADPH. The energy that these molecules carry is stored in a bond that holds a single atom to the molecule. For ATP, it is a phosphate atom, and for NADPH, it is a hydrogen atom. NADH will be discussed further in relation to cellular respiration, which occurs in the mitochondrion, where it carries energy from the citric acid cycle to the electron transport chain. When these molecules release energy into the Calvin cycle, they each lose atoms to become the lower-energy molecules ADP and NADP + .

The buildup of hydrogen ions in the thylakoid space forms an electrochemical gradient because of the difference in the concentration of protons (H + ) and the difference in the charge across the membrane that they create. This potential energy is harvested and stored as chemical energy in ATP through chemiosmosis, the movement of hydrogen ions down their electrochemical gradient through the transmembrane enzyme ATP synthase, just as in the mitochondrion.

The hydrogen ions are allowed to pass through the thylakoid membrane through an embedded protein complex called ATP synthase. This same protein generated ATP from ADP in the mitochondrion. The energy generated by the hydrogen ion stream allows ATP synthase to attach a third phosphate to ADP, which forms a molecule of ATP in a process called photophosphorylation. The flow of hydrogen ions through ATP synthase is called chemiosmosis, because the ions move from an area of high to low concentration through a semi-permeable structure.


Which factors affect photosynthesis?
If any process is to take place then correct components and conditions are required. In the case of photosynthesis these are:

Additionally, it is most important that the chloroplasts have been able to develop their photosynthetic pigments in the thylakoid membranes. Without an adequate supply of magnesium and iron a plant suffers from chlorosis due to chlorophyll not developing. The leaf colour becomes yellow-green and photosynthesis is reduced.

If a component is in low supply then productivity is prevented from reaching maximum. In photosynthesis carbon dioxide is a key limiting factor. The usual atmospheric level of carbon dioxide is 0.03%. In perfect conditions of water availability, light and temperature this low carbon dioxide level holds back the photosynthetic potential.

Clearly light energy is vital to the process of photosynthesis. It is severely limiting at times of partial light conditions, e.g. dawn or dusk.

Water is vital as a photosynthetic component. It is used in many other processes and has a lesser effect as a limiting factor of photosynthesis. In times of water shortage a plant suffers from a range of problems associated with other processes before a major effect is observed on photosynthesis.

A range of enzymes are involved in photosynthesis, therefore the process has an
optimum temperature above and below which the rate reduces (so the
temperature of the plant’s environment can be limiting!).

Compensation point
Photosynthesis utilises carbon dioxide whereas respiration results in its excretion. At night time during darkness a plant respires and gives out carbon dioxide. Photosynthesis only commences when light becomes available at dawn, if all other conditions are met. At one point the amount of carbon dioxide released by respiration is totally re-used in photosynthesis. This is the compensation point.

Beyond this compensation point the plant may increasingly photosynthesise as conditions of temperature and light improve. The plant at this stage still respires producing carbon dioxide in its cells and all of this carbon dioxide is utilised. However, much more carbon dioxide is needed which diffuses in from the air.

In the evening when dusk arrives a point is reached when the rate of photosynthesis falls due to the decrease in light and the onset of darkness. The amount of carbon dioxide produced at one point is totally utilised in photosynthesis. Another compensation point has arrived!

How useful is Photosynthesis?

Without doubt it is a most important process because it supplies carbohydrates and gives off oxygen. There are many more benefits in that glucose is a ‘starter’ chemical for the synthesis of many other substances.

Cellulose, amino acids, and lipids are among the large number of chemicals which can be produced as a result of the initial process of photosynthesis. The work of the Royal Mint produces the money to run the economy, photosynthesis supplies the energy currency for the living world.

The table shows some examples of where and how some carbohydrates are used.

Carbohydrate Use
deoxyribose (monosaccharide) DNA ‘backbone’
glucose (monosaccharide) leaves, nectar, blood as energy supply
sucrose (disaccharide) sugar beet as energy store
lactose (disaccharide) milk as energy supply
cellulose (disaccharide) protective cover around all plant cells
starch (polysaccharide) energy store in plant cells
glycogen (polysaccharide) energy store in muscle and liver


8.6: Photosynthesis and the Importance of Light - Biology

A pigment is any substance that absorbs light. The color of the pigment comes from the wavelengths of light that are reflected, or in other words, those wavelengths not absorbed. Chlorophyll, the green pigment common to all photosynthetic cells, absorbs all wavelengths of visible light except green, which it reflects. This is why plants appear green to us. Black pigments absorb all wavelengths of visible light that strike them. White pigments reflect most of the wavelengths striking them.

Each pigment has a characteristic absorption spectrum describing how it absorbs or reflects different wavelengths of light. Wavelengths absorbed by chlorophyll and other photosynthetic pigments generate electrons to power photosynthesis. All photosynthetic organisms have chlorophyll أ which absorbs violet-blue and reddish orange-red wavelengths. Chlorophyll أ reflects green and yellow-green wavelengths.

Accessory photosynthetic pigments, including chlorophyll ب and beta-carotene, absorb energy that chlorophyll أ does not absorb. Chlorophyll only triggers a chemical reaction when it is associated with proteins embedded in a membrane, such as in thylakoid membranes of the chloroplast or membrane infoldings found in photosynthetic prokaryotes.


شاهد الفيديو: Photosynthesis - البناء الضوئي (سبتمبر 2022).