معلومة

2.20: البلاستيدات الخضراء - علم الأحياء

2.20: البلاستيدات الخضراء - 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.

ما هو القاسم المشترك بين الفطائر والبلاستيدات الخضراء؟

البلاستيدات الخضراء هي موقع التمثيل الضوئي. يحدث جزء من تفاعلات التمثيل الضوئي في الغشاء الداخلي داخل العضية. تحتوي البلاستيدات الخضراء على العديد من هذه الأغشية الداخلية ، مما يجعل عملية التمثيل الضوئي فعالة للغاية. تتراكم هذه الأغشية الداخلية فوق بعضها البعض ، تمامًا مثل كومة من الفطائر.

مراحل التمثيل الضوئي

يحدث التمثيل الضوئي على مرحلتين ، والتي تظهر في شكل أدناه.

  1. المرحلة الأولى تسمى ردود الفعل الخفيفة. تستخدم هذه المرحلة الماء وتحول الطاقة الضوئية من الشمس إلى طاقة كيميائية مخزنة في ATP و NADPH (جزيء آخر يحمل الطاقة). هذه المرحلة تطلق الأكسجين أيضًا كمنتج نفايات.
  2. المرحلة الثانية تسمى دورة كالفين. تجمع هذه المرحلة الكربون من ثاني أكسيد الكربون في الهواء وتستخدم الطاقة الكيميائية في ATP و NADPH لصنع الجلوكوز.

مرحلتان من التمثيل الضوئي هما تفاعلات الضوء ودورة كالفين. هل ترى كيف ترتبط المرحلتان؟

قبل أن تقرأ عن هاتين المرحلتين من التمثيل الضوئي بمزيد من التفصيل ، تحتاج إلى معرفة المزيد عن البلاستيدات الخضراء ، حيث تحدث المرحلتان.

البلاستيدات الخضراء

البلاستيدات الخضراء: مسارح التمثيل الضوئي

البناء الضوئي، عملية تحويل طاقة ضوء الشمس إلى "طعام" ، تنقسم إلى مجموعتين أساسيتين من التفاعلات ، تُعرف باسم تفاعلات الضوء ودورة كالفين ، التي تستخدم ثاني أكسيد الكربون. أثناء دراسة التفاصيل في المفاهيم الأخرى ، ارجع كثيرًا إلى المعادلة الكيميائية لعملية التمثيل الضوئي: 6CO2 + 6 ح2O + طاقة الضوء → C6ح12ا6 + 6O2. يحدث التمثيل الضوئي في البلاستيدات الخضراء ، وهي عضية خاصة بالخلايا النباتية.

إذا قمت بفحص ورقة واحدة من أوراق الياسمين الشتوية ، كما هو موضح في شكل أدناه ، تحت المجهر ، سترى داخل كل خلية عشرات الأشكال البيضاوية الخضراء الصغيرة. وهذه هي البلاستيدات الخضراءوهي العضيات التي تجري عملية التمثيل الضوئي في النباتات والطحالب. تشبه البلاستيدات الخضراء عن كثب بعض أنواع البكتيريا وحتى تحتوي على الحمض النووي والريبوزومات الدائرية الخاصة بها. في الواقع، فإن نظرية التعايش الداخلي ينص على أن البلاستيدات الخضراء كانت ذات يوم بكتيريا تعيش بشكل مستقل (بدائيات النوى). لذلك عندما نقول أن التمثيل الضوئي يحدث داخل البلاستيدات الخضراء ، فإننا لا نتحدث فقط عن العضيات الموجودة داخل النباتات والطحالب ، ولكن أيضًا عن بعض البكتيريا - وبعبارة أخرى ، جميع عمليات التمثيل الضوئي الذاتية تقريبًا.

صورة مجهرية عالية الطاقة للجزء العلوي من ورقة الياسمين الشتوية. عند النظر إليها تحت المجهر ، يمكن رؤية العديد من البلاستيدات الخضراء.

تحتوي كل بلاستيدات خضراء على أكوام مرتبة تسمى جرانا (مفرد ، جرانوم). تتكون الجرانا من أغشية تشبه الكيس ، والمعروفة باسم ثايلاكويد أغشية. تحتوي هذه الأغشية على أنظمة الصور، وهي مجموعات من الجزيئات التي تشمل الكلوروفيل، صبغة خضراء. تحدث تفاعلات الضوء لعملية التمثيل الضوئي في أغشية الثايلاكويد. ال سدى هو الفضاء خارج أغشية الثايلاكويد ، كما هو موضح في شكل أدناه. هذا هو المكان الذي تحدث فيه تفاعلات دورة كالفين. بالإضافة إلى الإنزيمات ، هناك نوعان أساسيان من الجزيئات - أصباغ و ناقلات الإلكترون - يلعبون دورًا رئيسيًا في هذه العملية ويوجدون أيضًا في أغشية الثايلاكويد.

يمكنك القيام بجولة بالفيديو على البلاستيدات الخضراء في موسوعة بريتانيكا: كلوروبلاست: www.britannica.com/EBchecked / ... في الخلايا النباتية.

يتكون البلاستيدات الخضراء من أغشية ثايلاكويد محاطة بالسدى. تحتوي أغشية الثايلاكويد على جزيئات من الصباغ الأخضر الكلوروفيل.

عادة ما يتم ترتيب الجزيئات الحاملة للإلكترون في سلاسل نقل الإلكترون (ETCs). تقبل هذه الإلكترونات الحاملة للطاقة وتمررها بخطوات صغيرة (شكل أدناه). وبهذه الطريقة ، ينتجون ATP و NADPH ، اللذين يخزنان مؤقتًا الطاقة الكيميائية. تتصرف الإلكترونات في سلاسل النقل مثل كرة ترتد إلى أسفل مجموعة من السلالم - يتم فقدان القليل من الطاقة مع كل ارتداد. ومع ذلك ، فإن الطاقة "المفقودة" في كل خطوة في سلسلة نقل الإلكترون تنجز القليل من العمل ، والذي ينتج عنه في النهاية تخليق ATP.

يوضح هذا الشكل تفاعلات الضوء لعملية التمثيل الضوئي. تبدأ هذه المرحلة من التمثيل الضوئي بالنظام الضوئي الثاني (سمي بهذا الاسم لأنه تم اكتشافه بعد النظام الضوئي الأول). أوجد الإلكترونين (2 e-) في النظام الضوئي II ، ثم تتبعهم عبر سلسلة نقل الإلكترون (وتسمى أيضًا سلسلة نقل الإلكترون) لتكوين NADPH. أين أيونات الهيدروجين (H+) تأتي من تلك المساعدة في صنع ATP؟

ملخص

  • يحدث التمثيل الضوئي في البلاستيدات الخضراء ، وهي عضية خاصة بالخلايا النباتية.
  • تحدث تفاعلات الضوء لعملية التمثيل الضوئي في أغشية الثايلاكويد للبلاستيدات الخضراء.
  • يتم ترتيب الجزيئات الحاملة للإلكترون في سلاسل نقل الإلكترون التي تنتج ATP و NADPH ، والتي تخزن مؤقتًا الطاقة الكيميائية.

استكشاف المزيد

استخدم هذا المورد للإجابة على الأسئلة التالية.

  • http://www.hippocampus.org/Biology → علم الأحياء غير المتخصص → بحث: الهياكل الضوئية
  1. ما هي وظائف أوراق النبات؟
  2. أين تحدث تفاعلات التمثيل الضوئي؟
  3. ما هي الثغور؟ ما هو دورهم؟
  4. صف البنية الداخلية للبلاستيدات الخضراء.
  5. ما هي التفاعلات التي تحدث في أغشية الثايلاكويد؟

إعادة النظر

  1. صف دور البلاستيدات الخضراء في عملية التمثيل الضوئي.
  2. اشرح كيف تجعل بنية البلاستيدات الخضراء (أغشيتها وثايلاكويداتها) وظيفتها (التفاعلات الكيميائية لعملية التمثيل الضوئي) أكثر كفاءة.
  3. وصف حاملات الإلكترون وسلسلة نقل الإلكترون.

البلاستيدات الخضراء - أرني الأخضر

البلاستيدات الخضراء هم منتجو الغذاء للخلية. توجد العضيات فقط في الخلايا النباتية وبعض الطلائعيات مثل الطحالب. لا تحتوي الخلايا الحيوانية على البلاستيدات الخضراء. تعمل البلاستيدات الخضراء على تحويل الطاقة الضوئية للشمس إلى سكريات يمكن أن تستخدمها الخلايا. تسمى العملية برمتها التمثيل الضوئي وكلها تعتمد على جزيئات الكلوروفيل الخضراء الصغيرة في كل بلاستيدات خضراء.

النباتات هي أساس كل أشكال الحياة على الأرض. يتم تصنيفهم على أنهم منتجي العالم. في عملية التمثيل الضوئي ، تخلق النباتات السكريات وتطلق الأكسجين (O2). الأكسجين الذي تطلقه البلاستيدات الخضراء هو نفس الأكسجين الذي تتنفسه كل يوم. تعمل الميتوكوندريا في الاتجاه المعاكس. يستخدمون الأكسجين في عملية إطلاق الطاقة الكيميائية من السكريات.


2.20: البلاستيدات الخضراء - علم الأحياء

مطلوب الاشتراك في J o VE لعرض هذا المحتوى. ستتمكن من رؤية أول 20 ثانية فقط.

يتوافق مشغل الفيديو JoVE مع HTML5 و Adobe Flash. المتصفحات القديمة التي لا تدعم HTML5 وبرنامج ترميز الفيديو H.264 ستظل تستخدم مشغل فيديو يعتمد على Flash. نوصي بتنزيل أحدث إصدار من Flash هنا ، لكننا ندعم جميع الإصدارات 10 وما فوق.

إذا لم يساعد ذلك ، فيرجى إخبارنا بذلك.

في النباتات ، يحدث التمثيل الضوئي داخل طبقات الخلايا الكثيفة للورقة حيث يوجد أكبر عدد من البلاستيدات الخضراء.

تنتشر في جميع أنحاء هذه العضيات الغشائية المزدوجة المتخصصة مجموعة أخرى من المقصورات. الأكياس الغشائية المملوءة بالسوائل تسمى الثايلاكويدات ، وهي مترابطة وتتشكل في أكوام متعددة تسمى جرانا.

على الحواف الخارجية لكل جرانوم ، مدمجة داخل أغشية الثايلاكويد ، توجد مجمعات متعددة البروتينات مثل أنظمة الصور. تحتوي هذه الهياكل على بروتينات الهوائي المرتبطة بالعديد من جزيئات الصباغ ، مثل الكلوروفيل ، لامتصاص الضوء وبدء المرحلة الأولى من التفاعلات المعتمدة على الضوء.

في هذه الأثناء ، تحدث المرحلة الثانية ، دورة كالفين ، في السدى ، التجويف المائي خارج طبقة الثايلاكويد الدهنية الثنائية. مع عمل كلتا العمليتين معًا ، تنتج النباتات طعامها بفضل المصانع البيوكيميائية الموجودة في البلاستيدات الخضراء.

9.3: تشريح البلاستيدات الخضراء

الطحالب والنباتات الخضراء ، بما في ذلك السيقان الخضراء والفاكهة غير الناضجة ، وتأوي البلاستيدات الخضراء و mdashthe العضيات الحيوية حيث يحدث التمثيل الضوئي. في النباتات ، توجد أعلى كثافة للبلاستيدات الخضراء في خلايا الأوراق المتوسطة.

غشاء مزدوج يحيط بالبلاستيدات الخضراء. يواجه الغشاء الخارجي السيتوبلازم للخلية النباتية على جانب واحد والفضاء بين الغشاء للبلاستيدات الخضراء على الجانب الآخر. يفصل الغشاء الداخلي مساحة الغشاء الضيقة عن الجزء الداخلي المائي من البلاستيدات الخضراء ، والتي تسمى السدى.

داخل السدى ، تشكل مجموعة أخرى من الأغشية مقصورات على شكل قرص و mdash المعروفة باسم thylakoids. يسمى الجزء الداخلي من الثايلاكويد تجويف الثايلاكويد. في معظم الأنواع النباتية ، تكون الثايلاكويدات مترابطة وتشكل أكوامًا تسمى جرانا.

جزء لا يتجزأ من أغشية الثايلاكويد عبارة عن مجمعات متعددة البروتينات لحصاد الضوء (أو الهوائي). تتكون هذه المجمعات من البروتينات والأصباغ ، مثل الكلوروفيل ، التي تلتقط الطاقة الضوئية لأداء التفاعلات المعتمدة على الضوء لعملية التمثيل الضوئي. تطلق هذه العمليات الأكسجين وتنتج طاقة كيميائية في شكل ATP و NADPH.

الجزء الثاني من عملية التمثيل الضوئي و [مدش] دورة كالفين و [مدش] مستقل عن الضوء ويحدث في سدى البلاستيدات الخضراء. دورة كالفين تلتقط ثاني أكسيد الكربون2 ويستخدم ATP و NADPH لإنتاج السكر في النهاية.

تنسق البلاستيدات الخضراء مرحلتي التمثيل الضوئي. يطلق التمثيل الضوئي الأكسجين والسكريات وأساس الكتلة الحيوية النباتية التي تغذي بشكل مباشر أو غير مباشر معظم الحياة على الأرض.

جنسن ، بول إريك ، وداريو ليستر. & ldquo تطور البلاستيدات الخضراء وهيكلها ووظائفها تقارير F1000Prime 6 (2 يونيو 2014). [مصدر]

Bobik و Krzysztof و Tessa M. Burch-Smith. & ldquoChloroplast الإشارات داخل الخلايا وفيما بينها. & rdquo الحدود في علوم النبات 6 (2015). [مصدر]


تحول البلاستيدات الخضراء الاصطناعية ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون إلى مركبات عضوية

تمامًا مثل الميكانيكيين الذين يجمعون أجزاء المحرك القديمة معًا لبناء سيارة رودستر جديدة ، أعاد علماء الأحياء الاصطناعية تصنيع البلاستيدات الخضراء ، المحرك الأساسي لعملية التمثيل الضوئي. من خلال الجمع بين آلية حصاد الضوء لنباتات السبانخ والإنزيمات من تسعة كائنات حية مختلفة ، أفاد العلماء بصنع بلاستيدات خضراء اصطناعية تعمل خارج الخلايا لحصاد ضوء الشمس واستخدام الطاقة الناتجة لتحويل ثاني أكسيد الكربون (CO).2) في جزيئات غنية بالطاقة. يأمل الباحثون أن يقوم نظام التمثيل الضوئي المعزز لديهم بتحويل ثاني أكسيد الكربون في النهاية2 مباشرة إلى مواد كيميائية مفيدة - أو تساعد النباتات المعدلة وراثيًا على امتصاص ما يصل إلى 10 أضعاف ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي2 من العادية.

يقول فرانسيس أرنولد ، مهندس كيميائي في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا لم يشارك في البحث: "[هذا] طموح جدًا". وتقول إن جهود العمل لإعادة برمجة علم الأحياء يمكن أن تحسن محاولات تحويل ثاني أكسيد الكربون2 مباشرة إلى مواد كيميائية مفيدة.

التمثيل الضوئي هو عملية من خطوتين. في البلاستيدات الخضراء ، تمتص جزيئات الكلوروفيل أشعة الشمس وتمرر الطاقة الزائدة إلى الشركاء الجزيئي الذين يستخدمونها لتوليد المواد الكيميائية لتخزين الطاقة أدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) والنيكوتيناميد فوسفات ثنائي النوكليوتيد النيكوتيناميد (NADPH). مجموعة من الإنزيمات الأخرى تعمل في دورة معقدة ثم تستخدم ATP و NADPH لتحويل ثاني أكسيد الكربون2 من الهواء إلى الجلوكوز والجزيئات العضوية الغنية بالطاقة الأخرى التي يستخدمها النبات للنمو.

كو2 يبدأ التحويل بإنزيم يسمى RuBisCO ، والذي يحفز ثاني أكسيد الكربون2 للتفاعل مع مركب عضوي رئيسي ، وبدء سلسلة من التفاعلات اللازمة لتكوين المستقلبات الحيوية في النباتات. يقول توبياس إيرب ، عالم الأحياء التركيبية في معهد ماكس بلانك لعلم الأحياء الدقيقة الأرضية ، بقدر فعالية التمثيل الضوئي ، فإنه يعاني أيضًا من مشكلة. يقول: "إن RuBisCO بطيء للغاية". يمكن لكل نسخة من الإنزيم أن تلتقط وتستخدم خمسة إلى 10 من ثاني أكسيد الكربون فقط2 جزيئات في الثانية. يضع هذا حدًا للسرعة على مدى سرعة نمو النباتات.

في عام 2016 ، سعى إيرب وزملاؤه إلى تصعيد الأمور من خلال تصميم مجموعة جديدة من التفاعلات الكيميائية. بدلاً من RuBisCO ، قاموا باستبدال إنزيم بكتيري يمكنه التقاط ثاني أكسيد الكربون2 الجزيئات وتجبرهم على التفاعل أسرع 10 مرات. بالاقتران مع 16 إنزيمًا آخر من تسعة كائنات مختلفة ، أدى ذلك إلى إنتاج ثاني أكسيد الكربون جديدًا2- إلى دورة كيميائية عضوية أطلقوا عليها اسم دورة CETCH.

اعتنى ذلك بالخطوة الثانية. ولكن لجعل العملية برمتها تعمل على ضوء الشمس - الخطوة الأولى - لجأ إيرب وزملاؤه إلى مكونات البلاستيدات الخضراء التي تسمى أغشية الثايلاكويد ، وهي تجمعات تشبه الأكياس تحتوي على الكلوروفيل وأنزيمات التمثيل الضوئي الأخرى. أظهر باحثون آخرون سابقًا أن أغشية الثايلاكويد يمكن أن تعمل خارج الخلايا النباتية. لذلك انتزع إيرب وزملاؤه أغشية الثايلاكويد من خلايا أوراق السبانخ وأظهروا أن مجموعاتها أيضًا يمكنها امتصاص الضوء ونقل طاقته إلى جزيئات ATP و NADPH. سمح إقران ثايلاكويدات حصاد الضوء بنظام دورة CETCH للفريق باستخدام الضوء لتحويل ثاني أكسيد الكربون باستمرار2 إلى مستقلب عضوي يسمى جليكولات ، أبلغوا أمس في مجلة Science.

من أجل دمج جهاز حصاد الضوء مع دورة CETCH ، كان على الباحثين إجراء بعض التعديلات ، وملاحظات Erb ، ومبادلة عدد قليل من إنزيمات مسار CETCH وإخراجها. لتحسين المجموعة الكاملة ، تعاون Erb وزملاؤه مع Jean-Christophe Baret ، خبير الموائع الدقيقة في مركز أبحاث Paul Pascal. صمم فريق Baret جهازًا يولد آلاف قطرات الماء الصغيرة في الزيت ويحقن كل واحدة بكميات مختلفة من تركيبات غشاء الثايلاكويد وإنزيمات دورة CETCH. سمح ذلك للباحثين بالتعرف على أكثر الوصفات فعالية لإنتاج الجليكولات. يمكن للمقارنات الإضافية لجميع التوليفات الممكنة وتركيزات العناصر المختلفة أن تجعل العملية أكثر كفاءة ، كما يعلق أرنولد. "هذه طريقة رائعة للقيام بذلك."

يقول إيرب إنه يأمل وزملاؤه في تعديل إعدادهم بشكل أكبر لإنتاج مركبات عضوية أخرى أكثر قيمة من الجليكولات ، مثل جزيئات الدواء. كما يأملون في تحويل ثاني أكسيد الكربون المأسور بكفاءة أكبر2 إلى مركبات عضوية تحتاجها النباتات للنمو. سيفتح ذلك الباب أمام هندسة الجينات لمسار البناء الضوئي الجديد هذا في المحاصيل لإنشاء أصناف جديدة تنمو بشكل أسرع بكثير من الأصناف الحالية - نعمة للزراعة في عالم يتزايد فيه عدد السكان.


شاهد الفيديو: تجربة ملاحظة البلاستيدات الخضراء (سبتمبر 2022).