معلومة

أثناء عملية الفسفرة الضوئية غير الدورية ، كيف يصبح NADP + NADPH؟


أعلم أن NADP + يتم تحويله إلى NADPH ، ولكن ما الذي يتم التبرع به بالضبط؟ هل هو إلكترونان فرديان (من التحلل الضوئي أو جزيئات الكلوروفيل) وأيون الهيدروجين (بروتون)؟ إذا كان هذا هو الحال ، أثناء دورة كالفين ، هل تتبرع جزيئات NADPH بنفس الإلكترونين الفرديين وبروتون الهيدروجين من التفاعلات المعتمدة على الضوء لتصبح NADP + مرة أخرى؟ شكرا.


على وجه التحديد خلال عملية الفسفرة الضوئية غير الدورية ، أعلم أن الكلوروفيل يحتوي بالفعل على جزيئات NADP + موجودة مسبقًا ، ويتم تكسير الماء لتحرير ذرتين من الهيدروجين وذرة أكسجين واحدة (يتحلل جزيئان من الماء لتكوين الأكسجين الغازي الذي نتنفسه) ، وتحصل ذرتا الهيدروجين على هاتين الذرتين أرسل إلى أسفل وعلى طول سلسلة نقل الإلكترون عبر الطاقة الشمسية ، ثم أعتقد أن أحدهما يذهب إلى بروتين يسمى سينسيز ATP والآخر يذهب إلى فوتوستيم 1. بعد فوتوستيم 1 ، يرتبط الهيدروجين بجزيئات NADP + العائمة الحرة من NADPH المشحون. يجب أن يكون هذا هو جوهر كل شيء ولكني أوصي أيضًا بالاستماع إلى مدخلات شخص آخر أيضًا.


ملاحظات قصيرة عن الفسفرة الضوئية الدورية

هنا فقط PS I تشارك. يتم نقل الطاقة الضوئية التي يمتصها مجمع حصاد الضوء بالرنين الحثي إلى P700. يمكن أن يقبل P700 طاقة ضوئية بطول موجي أطول من 680 نانومتر فقط. يتم قبول الإلكترون المثير لـ PQ700 أولاً من قبل متقبل غير معروف (x) والذي بدوره يقوم بنقل إلكترونه إلى FRS (مادة مختزلة من Feredoxin) ثم إلى ferroxin. يؤدي هذا إلى إطلاق الفيروكسين أحد إلكتروناته (الغنية بالطاقة) ، والتي تنتقل عبر السلسلة المكونة من Cyt b6 و Cyt f و plastocyanin والعودة أخيرًا إلى P700. يعود P700 الآن إلى الحالة الأساسية وهو الآن جاهز لاستقبال وحدة أخرى من طاقة الرادينات.

يتم إرجاع الإلكترون المنطلق من الكلوروفيل (P700) في سلسلة مستمرة ، أي أنه يسافر بطريقة دورية ، ومن هنا جاء اسم النقل الإلكتروني الدوري أو الفسفرة الضوئية الدورية.

توليف ATP أثناء الفسفرة الضوئية الدورية:

تبلغ طاقة الإلكترون المقذوف من P700 0.42 فولت والتي تنخفض إلى 0.417 عندما تصل إلى الفيروكسين. هنا تمر الإلكترونات من خلال 3 خطوات للهجرة (Cyt b6 و Cyt f و Pi) قبل إعادتها إلى P700. تبلغ الفجوة المحتملة بين الفيروكسين إلى P700 (الحالة الأرضية) حوالي فولت واحد وهو ما يكفي لإعادة إنتاج جزيئين على الأقل من ATP. تتشكل جزيئات ATP في حالتين & # 8211 أ) بين الفيروكسين و Cyt b6 و b) بين Cyt b6 و Cytf.

في حالة الفسفرة الضوئية الدورية ، لا يشارك الماء وبالتالي لا يوجد تطور لـ O2 ولا يوجد أي تكوين لجزيء NADPH المختزل (لأنه لا يوجد مانح للهيدروجين). مزيد من PS II لا تشارك في مرحلة.

يرى Ramriez et al (1968) أن الفسفرة الضوئية الحلقية محدودة الحدوث في النباتات ، وقد يؤدي ارتفاع معدل التفاعل الدوري إلى تأخير ثاني أكسيد الكربون.2 التثبيت لأن NADPH لن يكون متاحًا. يجادلون بأن التفاعل الدوري لا يشارك في المسار الرئيسي لتخليق الكربوهيدرات لأنه يمكن أن يوفر فقط جزءًا من متطلبات ATP لـ CO.2 تثبيت. وصف الفسفرة الضوئية غير الدورية؟

هذا هو المسار الرئيسي لتفاعل الضوء الذي يشمل كلا من PS I و PS II ويسمى أيضًا الفسفرة الضوئية غير الدورية بنظام النقل الإلكتروني & # 8216Z & # 8217 بسبب نمط التعرج المتعرج لسفر الإلكترون. يحدث على النحو التالي.

أ) الطاقة المشعة محصورة بواسطة PS I (P700) الذي يقذف واحدًا إذا كان jectrons محاصرًا بواسطة X ، FRS ويذهب أخيرًا إلى ferroxin. ينقل الفيروكسين الرجعي الآن إلكتروناته إلى NADPH. يتم تخفيض NADPH PS I ومع ذلك يظل في حالة الإثارة لأنه لم يسترد إلكترونًا.

ب) في الوقت نفسه ، يمتص PS II الطاقة الضوئية (680 نانومتر) ويخرج أحد إلكتروناته المحاصر بواسطة متقبل كينون غير معروف (Q). من Q- يتحرك الإلكترون نزولاً إلى cyt b6 و plastoquimne و cyt f و Plastocyanin (PC) وأخيراً إلى PS I. ويعود PS I الذي هو في حالة الإثارة الآن إلى الحالة الأساسية حيث حصل على إلكترون من PS II .

كيف يعود PS II إلى الحالة الأساسية الآن بعد أن أرسل إلكترونًا لملء & # 8216 حفرة & # 8217 في PS I؟ لأنه ما لم يعود PS II إلى الحالة الطبيعية ، فلن يتمكن النظام من الاستمرار في العمل. تكمن الإجابة في تفكك جزيئات الماء. يقسمها الماء إلى أيونات H + و OH ، ما هي آلية تقسيم الماء هذا؟ يسميها بعض علماء الفسيولوجيا التحلل الضوئي للماء ، والبعض الآخر ليس متأكدًا من الآلية ، لكنهم يذكرون أن أيونات Mn + و CI ضرورية لتكسير الماء.

على أي حال ، يعود PS II المثير إلى الحالة الطبيعية عن طريق الحصول على إلكترون من أيونات OH في الماء. وفقًا لسالزبري وروس (1986) ، يعود PS II المثير إلى الحالة الأرضية عن طريق جذب إلكترون من بروتين Mn المجاور ، والذي بدوره يحصل على إلكترون من OH- الماء. تقبل NADPH أيونات H + المنبعثة من الماء لتصبح NADPH H. وبالتالي يتم تكوين NADPH مخفض.

يُطلق على نظام نقل الإلكترون أو الفسفرة الضوئية اسم non cyclic لأن PS I المتحمس يعود إلى الحالة الطبيعية عن طريق الحصول على إلكترون من PS II ، بينما يعود PS II المثير إلى الحالة الأرضية عن طريق تلقي إلكترون من الماء. ومن ثم فإن حركة الإلكترون ليست بطريقة دورية.

تخليق ATP أثناء الفسفرة الضوئية غير الدورية:

يتم قبول الإلكترون (+0.8 فولت) الصادر عن PS II بواسطة quinone حيث يبدأ هجرة الإنحدار للوصول إلى PS I عبر Cyt b6 و Cyt f و PC. يتم تصنيع جزيء واحد من ATP عندما ينتقل الإلكترون بين PQ و Cyt f. إطلاق الأكسجين وتكوين NADPH + + h +: تنقسم أربعة جزيئات من الماء لكل منعطف من عملية الفسفرة الضوئية غير الدورية. يعد هذا ضروريًا (انظر الشكل 4.9) لتوفير أربعة إلكترونات لجهاز PS II المتحمس لإعادته إلى الحالة الأرضية. وبالمثل ، يلزم وجود أربعة أيونات H + لتقليل جزيئين من NADPH. تحدث ردود الفعل هذه على النحو التالي.

(هناك حاجة إلى أربعة إلكترونات لتقليل جزيئين من NADPH وتأتي هذه من PSI المتحمس عبر ferroxin)


عملية تفاعل الضوء

تفاعل الضوء هو المرحلة الأولى من عملية التمثيل الضوئي التي يتم فيها تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية على شكل ATP و NADPH. تساعد مجمعات البروتين وجزيئات الصبغة في إنتاج NADPH و ATP.

يتم إعطاء عملية تفاعل الضوء أدناه-

  • في التفاعلات الضوئية ، يتم امتصاص الطاقة من ضوء الشمس بواسطة صبغة الكلوروفيل ويتم تحويلها إلى طاقة كيميائية في شكل جزيئات حامل شحنة الإلكترون مثل NADPH و ATP.
  • يتم استخدام الطاقة الضوئية في كل من نظامي الصور الأول والثاني الموجودين داخل أغشية الثايلاكويد للبلاستيدات الخضراء.
  • يتم الحصول على جزيئات الكربوهيدرات من ثاني أكسيد الكربون من استخدام الطاقة الكيميائية المجمعة أثناء التفاعلات.
  • تميل الطاقة الضوئية إلى الانقسام إلى الماء ثم تستخرج الإلكترونات لاحقًا من النظام الضوئي الثاني ثم تنتقل الإلكترونات من PSII إلى b6f (السيتوكروم) إلى النظام الضوئي الأول (PSI) وتنخفض في شكل طاقة.
  • يتم إعادة تنشيط الإلكترونات في أنظمة الصور I والإلكترونات ذات الطاقة العالية تقلل NADP + إلى NADPH.
  • في عملية الفسفرة الضوئية غير الدورية ، يستخدم السيتوكروم طاقة الإلكترون من نظام Photosystem II لضخ أيونات الهيدروجين من التجويف إلى السدى لاحقًا ، تسمح هذه الطاقة لمركب ATP بالارتباط بمجموعة الفوسفات الثالثة بجزيء ADP ، والذي ثم يشكل ATP.
  • في عملية الفسفرة الضوئية الحلقية ، يستخدم السيتوكروم b6f طاقة الإلكترون من كل من نظامي الصور الأول والثاني لإنشاء عدد من ATP ويوقف إنتاج NADPH ، وبالتالي الحفاظ على الكميات الصحيحة من ATP و NADPH.

وبالتالي ، فإن تفاعلات الضوء تسخر الطاقة الضوئية لدفع نقل الإلكترونات وضخ البروتون ، لتحويل الطاقة من الضوء إلى الشكل المفيد بيولوجيًا ATP وإنتاج مصدر قابل للاستخدام لتقليل الطاقة NADPH.


8.2 - التمثيل الضوئي

  • غشاء مزدوج
  • حبوب النشا
  • جرانا
  • ثايلاكويد
  • الغشاء الداخلي & # 8211 موقع رد الفعل المعتمد على الضوء
  • سدى & # 8211 موقع رد الفعل المستقل للضوء ، بما في ذلك دورة كالفين. غالبًا ما تحتوي على حبيبات كبيرة من النشا وقطرات الزيت ، ومنتجات التمثيل الضوئي

8.2.2 & # 8211 اذكر أن التمثيل الضوئي يتكون من ضوء معتمد ومستقل عن الضوء
تفاعلات

ردود الفعل الخفيفة
في هذه التفاعلات ، يتم استخدام الطاقة الموجودة في فوتونات الضوء من الشمس لإنتاج ATP للتفاعلات المستقلة للضوء. هذه الطاقة محاصرة بواسطة الصباغ الكلوروفيل في ال أغشية الثايلاكويد. ثم يتم استخدامه لفك الروابط في جزيء الماء ، وتقسيمه إلى أيونات O2 و H + ، تسمى التحلل الضوئي. بينما يتم إطلاق الأكسجين كمنتج نفايات ، يتم أخذ الهيدروجين بواسطة متقبل الهيدروجين ، NADP +. ثم يتم استخدام الطاقة الضوئية لتحويل ADP والفوسفات إلى ATP ، وهي عملية تسمى الفسفرة الضوئية.

ردود الفعل الخفيفة المستقلة

بينما تستخدم التفاعلات المعتمدة على الضوء الطاقة الضوئية ، تستخدم التفاعلات المستقلة للضوء الطاقة الكيميائية المخزنة في ATP و NADPH + H +. هذه تجري في سدى. يتم تثبيت الكربون من الغلاف الجوي الموجود في ثاني أكسيد الكربون في شكل سكريات. على الرغم من أن هذه التفاعلات لا تعتمد بشكل مباشر على وجود الضوء في الحدوث ، إلا أن منتجات التفاعلات المعتمدة على الضوء يجب أن تظل متاحة.

8.2.3 & # 8211 اشرح التفاعلات المعتمدة على الضوء

في ال ردود الفعل المعتمدة على الضوء، يتم تحويل الطاقة الضوئية من الشمس إلى طاقة كيميائية. هذا محاصر في الكلوروفيل ، والذي يتم تجميعه في هياكل تسمى أنظمة ضوئية. ال أنظمة الصور تم العثور عليها على أغشية الثايلاكويد من الجرانا.

توجد أنواع متعددة من الكلوروفيل في كل نظام ضوئي ، كل منها يمتص طول موجي مختلف من الضوء. الكلوروفيل يوجد A في وسط نظام الصور. عندما يضرب الضوء الكلوروفيل ، الإلكترونات متحمسة وخسر في أكسدة.

يتم إنتاج ATP في عملية دورية عندما يكون نسبة NADPH + H + إلى NADP + مرتفعة. يحدث هذا عندما لا يكون الضوء عاملاً مقيدًا للتفاعل. لا يولد نظام الصور 1 أي NADPH + H + ، ولكنه يرسل إلكترونات إلى مضخة البروتون. يتأكسد نظام الصور 1 بالضوء الوارد ، مما يؤدي إلى تحرير صورة

يتأكسد نظام الصور 1 بواسطة الضوء الوارد ، مما يؤدي إلى إطلاق إلكترون متحمس لتقليل مضخة البروتون الغشائية. يتم ضخ البروتونات على هيئة H + في الفضاء الثايلاكويد. هذا يخلق ملف تدرج التركيز ضروري للإنتاج اللاحق لـ ATP. يتم إعادة تدوير الإلكترونات إلى النظام الضوئي 1 لتقليلها.

يتم حجز الطاقة الضوئية من الشمس في الكلوروفيل ، ويتم إنتاج ATP. يتم تقليل الإنزيم المساعد NADP + ليشكل NADPH + H +. أول نظام ضوئي ، نظام ضوئي ثاني [PS2] قادرة على امتصاص الضوء بطول موجي 680 نانومتر ، ولهذا يطلق عليها اسم P680. النظام الضوئي الثاني ، نظام الصور الأول [PS1] بواسطة أطوال موجية 700 نانومتر ، وتسمى P700.

يمتص الضوء أولاً بواسطة الكلوروفيل أ في PS2. ثم يتم تحويل هذه الطاقة إلى طاقة كيميائية بواسطة إطلاق الإلكترونات في الأكسدة.

ثم تمر الإلكترونات من PS2 على طول غشاء الثايلاكويد في سلسلة من تفاعلات الأكسدة والاختزال. يتم تقليل مضخات البروتين إلى الضخ H + أيونات في الفضاء الثايلاكويد.

في PS1 ، يتم امتصاص تردد ضوئي مختلف. يتأكسد النظام الضوئي لتحرير الإلكترونات.

تنتقل الإلكترونات من PS1 إلى ferrodoxins ، مما يقلل NADP + إلى NADPH + H +. يبقى NADPH في السدى ليتم استخدامه في تفاعلات الضوء المستقلة.

يتم تقليل نظام الصور 1 بواسطة الإلكترونات من PS2.

يتم بعد ذلك تقليل نظام الصور 2 بحيث يمكنه امتصاص المزيد من الضوء. عندما ينفصل الماء عن طريق التحلل الضوئي ، تُعطى الإلكترونات للنظام الضوئي. هذا هو مصدر أيونات H + ونفايات O2.

نظرًا لوجود تركيز عالٍ من أيونات H + في تجويف الثايلاكويد ، يمكن أن تنتشر مرة أخرى في السدى من خلال المسام في سينسيز ATP. هذه العملية تدفع الفسفرة من ADP إلى
ATP. أثناء تفاعلات الأكسدة والاختزال هذه في التفاعلات المعتمدة على الضوء ، تتغير مستويات طاقة الإلكترونات.

8.2.4 & # 8211 شرح عملية الفسفرة الضوئية من حيث التناضح الكيميائي

يتراكم تركيز عالي من أيونات H + في الفضاء الثايلاكويد بسبب ضخ البروتون. ينتج عن هذا التدرج البروتوني ، مما يتسبب في ضخ البروتونات عبر الغشاء من خلال ATPase الجزيئات. هذا يقود آلية المحرك للهيكل ، مما يقلل من ADP إلى ATP. هذه مثل العملية المستخدمة في التنفس.

تتحرك الإلكترونات المثارة لملء الفراغ في مركز تفاعل PS2 ، ثم في PS1. يتم استخدامها لتقليل NADP + ، في الفسفرة الضوئية غير الدورية ، حيث يكون مسار التفاعل خطيًا.

8.2.5 & # 8211 شرح التفاعلات المستقلة للضوء

يتم إصلاح ثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء لتكوين الكربوهيدرات. يتم ذلك باستخدام الطاقة المحتبسة من ضوء الشمس في التفاعلات المعتمدة على الضوء في شكل ATP و NADPH. تحدث ردود الفعل هذه في سدى.

خلال تثبيت من ثاني أكسيد الكربون ، فإن ثاني أكسيد الكربون محاصر RuBP لتشكيل جزيئين من الجلسرات -3 فوسفات.

ال GP ثم يتم تقليله إلى TP في ال خطوة التخفيض، استخدام ATP و NADPH + H + لتوفير الطاقة. في ال

في ال خطوة توليف المنتج ، TP يستخدم في صنع الجزيئات العضوية مثل فوسفات الجلوكوز والسكر والنشا والدهون والأحماض الأمينية وغيرها.

ويتبع ذلك تجديد من خطوة القبول ، حيث البعض TP يعود إلى RuBP. وهذا يسمح بتثبيت المزيد من ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي. Ribulose biphosphate هو متقبل 5-كربون. يتم تحفيز تثبيت الكربون نفسه بواسطة

Ribulose biphosphate هو متقبل 5-كربون. يتم تحفيز تثبيت الكربون نفسه بواسطة الإنزيم RuBisCo [كربوكسيلاز الريبولوز ثنائي الفوسفات] ، وهو البروتين الأكثر شيوعًا في أوراق النباتات الخضراء.

8.2.6 & # 8211 اشرح العلاقة بين بنية البلاستيدات الخضراء ووظيفتها

8.2.7 & # 8211 اشرح العلاقة بين طيف العمل وطيف الامتصاص لأصباغ التمثيل الضوئي في النباتات الخضراء

يمتص الكلوروفيل الضوء الأحمر والأزرق بشكل أفضل. من ناحية أخرى ، ينعكس الضوء الأخضر ، مما يؤدي إلى ظهور النباتات باللون الأخضر.

معدل التمثيل الضوئي هو الأعلى والأزرق والأحمر ، والأدنى عند الأصفر والأخضر بسبب الطول الموجي الأمثل للكلوروفيل.

8.2.8 & # 8211 شرح مفهوم العوامل المحددة في التمثيل الضوئي ، مع الإشارة إلى شدة الضوء ودرجة الحرارة وتركيز ثاني أكسيد الكربون

في أي وقت ، سيكون عامل واحد فقط من هذه العوامل هو العامل الذي يحد من معدل التمثيل الضوئي.

الضوء ضروري لعملية التمثيل الضوئي ، ومع ذلك فإنه يصل إلى أ نقطة التعويض عندما تكون كمية الأكسجين التي يتم إنتاجها هي نفسها التي يتم استهلاكها في التنفس. نتيجة لذلك ، تصل العلاقة إلى أ هضبة بكثافة عالية.

تساعد الطاقة الضوئية في إنتاج أيونات H + من الماء و ATP. من ناحية أخرى ، عندما لا يكون هناك ضوء ، يمكن للنبات أن يتنفس فقط. الكثير من الضوء يمكن أن يتلف الكلوروفيل.

مع زيادة درجة الحرارة المحيطة ، يزداد معدل التمثيل الضوئي ، مع وصول كل نبات إلى الأمثل درجة الحرارة حيث ينخفض ​​المعدل بشكل حاد. إن الإنزيمات في التفاعلات حساسة لدرجة الحرارة.

تركيز ثاني أكسيد الكربون

كلما زاد تركيز ثاني أكسيد الكربون ، زاد معدل التمثيل الضوئي يزيد قبل ذلك الهضاب. كل مصنع له مختلف الأمثل تركيز.

عندما يكون ثاني أكسيد الكربون هو العامل المحدد ، يتراكم NADPH ببساطة في السدى ، مما يوقف تشغيل أنظمة الصور. يتكون ATP من خلال دوري الفسفرة الضوئية.


الفرق بين الفسفرة الضوئية الدورية وغير الحلقية

يتم إنشاء معظم المواد العضوية التي تتطلبها الكائنات الحية من منتجات التمثيل الضوئي. يتضمن التمثيل الضوئي تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة يمكن أن تستخدمها الخلية ، وأبرزها طاقة كيميائية. في النباتات والطحالب ، يحدث التمثيل الضوئي في عضية تسمى البلاستيدات الخضراء ، والتي تحتوي على غشاء خارجي وغشاء داخلي وغشاء ثايلاكويد (https://en.wikipedia.org/wiki/Chloroplast).

يمكن تقسيم التمثيل الضوئي إلى جزأين رئيسيين: (1) تفاعلات نقل الإلكترون الضوئي ("تفاعلات الضوء") و (2) تفاعلات تثبيت الكربون ("التفاعلات المظلمة"). تتضمن "تفاعلات الضوء" إلكترونات تنشيط ضوء الشمس في صبغة الكلوروفيل الضوئية ، والتي تنتقل بعد ذلك على طول سلسلة نقل الإلكترون في غشاء الثايلاكويد ، مما يؤدي إلى تكوين ATP و NADPH. تتضمن "التفاعلات المظلمة" إنتاج مركبات عضوية من ثاني أكسيد الكربون باستخدام ATP و NADPH الناتجة عن "تفاعلات الضوء" ولن تتم مناقشتها بمزيد من التفصيل في هذه المقالة.

يتضمن التمثيل الضوئي استخدام نظامين ضوئيين (نظام الصور الأول والنظام الضوئي الثاني) لتسخير طاقة الضوء باستخدام الإلكترونات لإنتاج ATP و NADPH ، والتي يمكن أن تستخدمها الخلية لاحقًا كطاقة كيميائية لصنع مركبات عضوية. أنظمة الصور عبارة عن مجمعات بروتينية كبيرة تتخصص في تجميع الطاقة الضوئية وتحويلها إلى طاقة كيميائية. تتكون أنظمة الصور من جزأين: مجمع هوائي ومركز تفاعل ضوئي كيميائي. يعتبر مجمع الهوائي مهمًا في التقاط الطاقة الضوئية ونقل هذه الطاقة إلى مركز التفاعل الكيميائي الضوئي ، والذي يحول الطاقة بعد ذلك إلى أشكال قابلة للاستخدام للخلية.

أولاً ، يثير الضوء إلكترونًا داخل جزيء الكلوروفيل في مجمع الهوائي. يتضمن ذلك فوتونًا من الضوء يتسبب في انتقال الإلكترون إلى مدار ذي طاقة أعلى. عندما يتم إثارة إلكترون في جزيء الكلوروفيل ، يكون غير مستقر في مدار الطاقة الأعلى ، ويتم نقل الطاقة بسرعة من جزيء الكلوروفيل إلى آخر عن طريق نقل طاقة الرنين حتى تصل إلى جزيئات الكلوروفيل في منطقة تعرف باسم مركز التفاعل الكيميائي الضوئي. من هنا ، يتم تمرير الإلكترونات المثارة إلى سلسلة من متقبلات الإلكترون. تتسبب الطاقة الضوئية في نقل الإلكترونات من مانح إلكترون ضعيف (له صلة قوية بالإلكترونات) إلى متبرع قوي للإلكترون في شكله المختزل (يحمل إلكترونًا عالي الطاقة). يمكن أن تختلف الجهات المانحة للإلكترون المحددة التي يستخدمها كائن حي أو نظام ضوئي معين وستتم مناقشتها بمزيد من التفصيل أدناه لنظامي الضوء الأول والثاني في النباتات.

ينتج عن التمثيل الضوئي في النباتات إنتاج ATP و NADPH من خلال عملية من خطوتين تُعرف باسم الفسفرة الضوئية غير الدورية. تتضمن الخطوة الأولى من الفسفرة الضوئية غير الحلقية النظام الضوئي الثاني. يتم نقل الإلكترونات عالية الطاقة (الناتجة عن الطاقة الضوئية) من جزيئات الكلوروفيل في مركز تفاعل النظام الضوئي الثاني إلى جزيئات الكينون (متبرعون قويون بالإلكترون). يستخدم نظام الصور الثاني الماء كمانح ضعيف للإلكترون ليحل محل نقص الإلكترون الناتج عن نقل الإلكترونات عالية الطاقة من جزيئات الكلوروفيل إلى جزيئات الكينون. يتم تحقيق ذلك عن طريق إنزيم تقسيم الماء الذي يسمح بإزالة الإلكترونات من جزيئات الماء لتحل محل الإلكترونات المنقولة من جزيء الكلوروفيل. عندما تتم إزالة 4 إلكترونات من جزيئي H2O (المقابل لـ 4 فوتونات) ، يتم إطلاق O2. ثم تقوم جزيئات الكينون المختزلة بتمرير الإلكترونات عالية الطاقة إلى مضخة البروتون (H +) المعروفة باسم السيتوكروم ب6-F مركب. السيتوكروم ب6-F يضخ المركب H + في حيز الثايلاكويد ، مما يخلق تدرج تركيز عبر غشاء الثايلاكويد.

هذا التدرج البروتوني يقود بعد ذلك تخليق ATP بواسطة إنزيم ATP synthase (يسمى أيضًا F0F1 ATPase). يوفر سينسيز ATP وسيلة لنقل أيونات H + عبر غشاء الثايلاكويد ، أسفل تدرج تركيزها. تؤدي حركة أيونات H + إلى أسفل تدرج تركيزها إلى تكوين ATP من ADP و Pi (الفوسفات غير العضوي) بواسطة سينسيز ATP. تم العثور على سينسيز ATP في البكتيريا والأرشي والنباتات والطحالب والخلايا الحيوانية وله دور في كل من التنفس والتمثيل الضوئي (https://en.wikipedia.org/wiki/ATP_synthase).

النقل النهائي للإلكترون للنظام الضوئي II هو نقل الإلكترونات إلى جزيء الكلوروفيل الذي يعاني من نقص الإلكترون في مركز تفاعل النظام الضوئي الأول. جزيء يسمى فيروكسين. من هناك ، يتم نقل الإلكترون إلى NADP + لإنشاء NADPH.

الفسفرة الضوئية غير الحلقية ينتج جزيء واحد من ATP وجزيء واحد من NADPH لكل زوج إلكترون ولكن تثبيت الكربون يتطلب 1.5 جزيء من ATP لكل جزيء من NADPH. لمعالجة هذه المشكلة وإنتاج المزيد من جزيئات ATP ، تستخدم بعض الأنواع النباتية عملية تعرف باسم الفسفرة الضوئية الدورية. تتضمن عملية الفسفرة الضوئية الحلقية النظام الضوئي الأول فقط ، وليس النظام الضوئي الثاني ، ولا تشكل NADPH أو O2. في الفسفرة الدورية ، يتم نقل الإلكترونات عالية الطاقة من النظام الضوئي الأول إلى السيتوكروم ب6-F معقدة بدلاً من نقلها إلى NADP +. تفقد الإلكترونات الطاقة عند مرورها عبر السيتوكروم ب6-F نتيجة لذلك يتم ضخ المركب إلى الكلوروفيل في النظام الضوئي I و H + عبر غشاء الثايلاكويد. يؤدي هذا إلى زيادة تركيز H + في مساحة الثايلاكويد ، مما يؤدي إلى إنتاج ATP بواسطة سينسيز ATP.

يتم تنظيم مستوى الفسفرة الضوئية غير الحلقية مقابل الحلقية التي تحدث في خلية معينة من التمثيل الضوئي بناءً على احتياجات الخلية. بهذه الطريقة ، يمكن للخلية التحكم في مقدار الطاقة الضوئية التي تحولها إلى طاقة مختزلة (تغذيها NADPH) ومقدار تحويلها إلى روابط فوسفاتية عالية الطاقة (ATP).


11.3: الفسفرة الضوئية: غير مؤكسد وأكسجين

الفسفرة الضوئية هي عملية تحويل الطاقة من الضوء إلى المواد الكيميائية ، وخاصة ATP. من المحتمل أن تكون الجذور التطورية للفسفرة الضوئية موجودة في العالم اللاهوائي ، منذ ما بين 3 مليارات و 1.5 مليار سنة ، عندما كانت الحياة وفيرة في غياب الأكسجين الجزيئي. ربما تطورت الفسفرة الضوئية نسبيًا بعد فترة وجيزة من سلاسل نقل الإلكترون (ETC) و التنفس اللاهوائي بدأت في توفير التنوع الأيضي. تتضمن الخطوة الأولى من العملية امتصاص فوتون بواسطة جزيء صبغ. يتم نقل الطاقة الضوئية إلى الصبغة وتعزز الإلكترونات (e -) إلى حالة طاقة كمومية أعلى و [مدش] شيء ما يسميه علماء الأحياء بالحالة & quotedexcited & quot. لاحظ استخدام التجسيم هنا ، حيث أن الإلكترونات ليست & quot؛ مفعمة بالحيوية & quot؛ بالمعنى الكلاسيكي وليست فجأةً تقفز في كل مكان أو تحتفل بترويجها. هم ببساطة في حالة كمية طاقة أعلى. في هذه الحالة ، يُقال بالعامية أن الإلكترونات & quot؛ منشط & quot؛ أثناء وجوده في الحالة & quotexcited & quot ، تتمتع الصبغة الآن بإمكانية اختزال أقل بكثير ويمكنها التبرع بالإلكترونات & quotEexcited & quot إلى ناقلات أخرى ذات إمكانات اختزال أكبر. قد تصبح مستقبلات الإلكترون هذه ، بدورها ، مانحين لجزيئات أخرى ذات إمكانات اختزال أكبر ، وبذلك تشكل سلسلة نقل إلكترون.

عندما تمر الإلكترونات من حامل إلكترون إلى آخر عبر تفاعلات حمراء / ثورية ، يمكن أن تقترن عمليات النقل الطارد للطاقة هذه بالنقل (أو الضخ) للبروتونات عبر الغشاء لإنشاء تدرج كهروكيميائي. يولد هذا التدرج الكهروكيميائي قوة دافعة بروتونية يمكن أن يقترن محركها الخارجي للوصول إلى التوازن بالإنتاج الإندرجوني لـ ATP ، عبر سينسيز ATP. كما سنرى بمزيد من التفصيل ، يمكن أن يكون للإلكترونات المشاركة في سلسلة نقل الإلكترون مصيرين: (1) يمكن إعادتها إلى مصدرها الأولي في عملية تسمى الفسفرة الضوئية الحلقية أو (2) يمكن إيداعها في قريب من NAD + يسمى NADP +. إذا تم ترسيب الإلكترونات مرة أخرى على الصبغة الأصلية في عملية دورية ، يمكن أن تبدأ العملية برمتها من جديد. ومع ذلك ، إذا تم ترسيب الإلكترون على NADP + لتكوين NADPH (** ملاحظة مختصرة و mdash لم يذكروا صراحةً أي بروتونات ولكننا نفترض أنه من المفهوم أنها متورطة أيضًا **) ، يجب أن تستعيد الصبغة الأصلية إلكترونًا من مكان آخر . يجب أن يأتي هذا الإلكترون من مصدر بإمكانية اختزال أصغر من الصباغ المؤكسد ، واعتمادًا على النظام ، هناك مصادر مختلفة محتملة ، بما في ذلك H2O ، مركبات الكبريت المختزل مثل SH2 وحتى عنصري S 0.

ماذا يحدث عندما يمتص المركب فوتونًا من الضوء؟

عندما يمتص مركب فوتونًا من الضوء ، يُقال إن المركب يترك حالته الأرضية ويصبح & quot؛ متحمس & quot.

شكل 1. رسم تخطيطي يوضح ما يحدث للجزيء الذي يمتص فوتونًا من الضوء. الإسناد: Marc T. Facciotti (العمل الأصلي)

ما مصير الإلكترون & المقتطف & quot؛ المثير & quot؛ هناك أربع نتائج محتملة تم رسمها بشكل تخطيطي في الشكل أدناه. هذه الخيارات هي:

  1. يمكن لـ e - الاسترخاء إلى حالة كمومية أقل ، ونقل الطاقة كحرارة.
  2. يمكن لـ e - الاسترخاء إلى حالة كمومية أقل ونقل الطاقة إلى فوتون من الضوء وعملية mdasha المعروفة باسم التألق.
  3. يمكن نقل الطاقة بالرنين إلى جزيء مجاور حيث تعود e إلى حالة كمية أقل.
  4. يمكن للطاقة تغيير إمكانية الاختزال بحيث يمكن للجزيء أن يصبح متبرعًا إلكترونيًا. يمكن أن يؤدي ربط هذا المتبرع الإلكتروني المتحمس إلى متقبل إلكتروني مناسب إلى نقل إلكترون طارد للطاقة. بمعنى آخر ، يمكن أن تشارك الحالة المثارة في تفاعلات الأحمر / الثور.

الشكل 2. ماذا يمكن أن يحدث للطاقة التي يمتصها الجزيء.

عندما يتحلل الإلكترون المثير إلى حالة الطاقة المنخفضة ، يمكن نقل الطاقة بعدة طرق. في حين أن العديد مما يسمى الهوائي أو الأصباغ المساعدة تمتص الطاقة الضوئية وتنقلها إلى شيء يعرف باسم مركز التفاعل (من خلال الآليات الموضحة في الخيار الثالث في الشكل 2) ، فإن ما يحدث في مركز التفاعل هو ما يهمنا أكثر (الخيار الرابع) في الشكل أعلاه). هنا يمتص جزيء الكلوروفيل أو الكلوروفيل الجرثومي طاقة الفوتون ويتحمس الإلكترون. يعد نقل الطاقة هذا كافياً للسماح لمركز التفاعل بالتبرع بالإلكترون في تفاعل أحمر / ثور لجزيء ثان. هذا يبدأ تفاعلات نقل الإلكترون. والنتيجة هي مركز تفاعل مؤكسد يجب تقليله الآن لبدء العملية مرة أخرى. كيف يحدث هذا هو أساس تدفق الإلكترون في الفسفرة الضوئية وسيتم وصفه بالتفصيل أدناه.

أنظمة الفسفرة الضوئية البسيطة: الفسفرة الضوئية غير المؤكسدة

في وقت مبكر من تطور الفسفرة الضوئية ، تطورت هذه التفاعلات في البيئات اللاهوائية حيث كان يتوفر القليل جدًا من الأكسجين الجزيئي. تطورت مجموعتان من التفاعلات في ظل هذه الظروف ، كلاهما مباشرة من السلاسل التنفسية اللاهوائية كما هو موضح سابقًا. هذه معروفة باسم ردود الفعل الخفيفة لأنها تتطلب تنشيط الإلكترون (& quotexcited & quot الإلكترون) من امتصاص فوتون ضوئي بواسطة صبغة مركز التفاعل ، مثل جرثومي كلوروفيل. يتم تصنيف تفاعلات الضوء إما على أنها دوري أو مثل غير دوري الفسفرة الضوئية ، اعتمادًا على الحالة النهائية للإلكترون (الإلكترونات) المزالة من أصباغ مركز التفاعل. إذا عاد الإلكترون (الإلكترونات) إلى مركز تفاعل الصباغ الأصلي ، مثل بكتيريوكلوروفيل ، فهذا هو الفسفرة الضوئية الدورية ، تشكل الإلكترونات دائرة كاملة ويتم رسمها في الشكل 4. إذا تم استخدام الإلكترون (الإلكترونات) لتقليل NADP + إلى NADPH ، تتم إزالة الإلكترون (الإلكترونات) من المسار وينتهي بها الأمر في NADPH ويشار إلى هذه العملية على أنها غير دورية لأن الإلكترونات لم تعد جزءًا من الدائرة. في هذه الحالة ، يجب إعادة تقليل مركز التفاعل قبل أن تتكرر العملية مرة أخرى. لذلك ، مطلوب مصدر إلكترون خارجي من أجل الفسفرة الضوئية غير الحلقية. في هذه الأنظمة يتم تقليل أشكال الكبريت ، مثل H2S ، والذي يمكن استخدامه كمانح للإلكترون وموضح في الشكل 5. لمساعدتك على فهم أوجه التشابه بين الفسفرة الضوئية والتنفس بشكل أفضل ، تم توفير برج أحمر / ثور يحتوي على العديد من المركبات الشائعة الاستخدام المتضمنة في الفسفرة الضوئية.


سلسلة نقل الإلكترون (مع رسم بياني) | البناء الضوئي

الوظيفة الأساسية في عملية التمثيل الضوئي هي رفع الإلكترون إلى مستوى طاقة أعلى في الكلوروفيل. ثم يتم نقل الإلكترون إلى متقبل. إنه كما لو كان هناك ثقب في الكلوروفيل يدعو إلى الحشو. يتم سد هذا الثقب بواسطة إلكترونات من الماء. وبالتالي تحولت الكلوروفيل إلى حالتها الأصلية.

كما سيلاحظ من الشكل 13-19 أثناء تفاعل PSII ، يتم رفع الإلكترونات من الماء من 0.8 إلى 0.0 فولت عن طريق نقل الطاقة. يستقبل الكلوروفيل المتحمس الإلكترونات من الماء ثم ينتقل إلى مركز تفاعل الكلوروفيل.

ثم يتم تمرير هذه الإلكترونات إلى بعض متقبل الإلكترون. فيوفيتين (Phe) هو أحد هذه المركبات المستقبلة. تظهر مكونات نقل الإلكترون في النظام الضوئي الأول في الشكل 13-20 ، 22.

يبدو أن نظامي الصور يعملان في تسلسل متصل. يشار إلى هذا باسم مخطط Z ووضعت الستينيات هذا.

يمكن ذكر الأدلة التالية على وجود مخطط Z:

1. حدوث تفاعلين ضوئيين منفصلين.

2. كلا السيتوكروم بƒƒ ويتأكسد البلاستوكينون (PQ) بالضوء الأحمر البعيد ويختزل بالضوء ذي الطول الموجي الأقصر. في PSII ، يمنع DCMU تطور الأكسجين ويمنع أيضًا تقليل السيتوكروم ƒ على ضوء الطول الموجي الأقصر.

3. حتى في وجود DCMU ، يمكن استبدال التصوير الضوئي لـ NADP + من خلال مانح إلكترون اصطناعي.

مكونات سلسلة نقل الإلكترون:

يُعتقد أن PSII يحتوي على بروتين المنغنيز (Y) الذي يحتمل أن يحفز المراحل المبكرة من O2 تطور. أربعمائة جزيء من الكلور تحتوي على 5-8 ذرات من المنجنيز ، وحوالي 4 ذرات من المنغنيز مطلوبة لكامل O2 تطور.

من المحتمل أن ترتبط أيونات الكلوريد بالجانب المؤكسد من PSII. تفقد البلاستيدات الخضراء المستنفدة من أيونات Cl & # 8211 القدرة على استخدام H.2يا كمتبرع إلكتروني.

Plastocyanin (بروتين النحاس E0 = 370 مللي فولت).

يوجد حوالي جزيء واحد منه لكل 400 جزيء شل.

تم تعيينه أيضًا على أنه P690 أو P680 أو P682. إنه مركز تفاعل النظام الضوئي الثاني. يعتبر جزيء Chla في PSII الذي يحبس الفوتونات التي يتم حصادها بواسطة هوائي جزيئات الكلوروفيل. يوجد أيضًا كمجمع مع Z و Q.

بمجرد نقل الإلكترونات إلى Pheo ، يتم تمرير الإلكترونات عند 0.0 فولت على طول سلسلة حاملة بطريقة انحدار (20-1982). وهكذا تضيع الطاقة في تسلسل الحركة السفلية هذا. يوجد أيضًا تكوين ATP من ADP في تفاعل مزدوج.

ثم تنتقل الإلكترونات من السيتوكروم 559 إلى البلاستوكينون أو العكس ، ثم تنتقل إلى السيتوكروم ƒ ثم إلى البلاستوسيانين. يتم قبول هذه الإلكترونات بواسطة P 700 عند + 0.4 فولت. في مسار PSI ، يقوم P 700 بإلقاء الإلكترونات التي تقبلها مادة عالية الإمكانات ثم تنتقل إلى مادة مخفضة للفيروكسين.

ثم يتم نقل الإلكترونات إلى الفيروكسين وإلى إنزيم اختزال NADP. تتضمن الخطوة النهائية تقليل NADP + إلى NADPH للحفاظ على الطاقة الكيميائية. كما سيلاحظ من الشكل 13-22 ، 23 من الواضح أنه أثناء نقل الإلكترونات والبروتونات من H.2O ، يتم تمرير المؤكسدات الأولية والمختزل من خلال عدة خطوات مما يؤدي إلى تكوين NADPH و ATP.

يتم استخدام كل من NADPH و ATP في تقليل ثاني أكسيد الكربون إلى الكربوهيدرات في التفاعلات الكيميائية الحرارية اللاحقة لمرحلة كالفين من التمثيل الضوئي. على الأرجح يتم إعطاء طاقة تخليق ATP بين Cyt. ب559 أو بلاستوكينون و CYT. ƒ.

توجد مجموعة من الكينونات في البلاستيدات الخضراء وهي نافثوكينون (فيتامين ك) وتوكوفيرولكوينون (فيتامين هـ). بعض البلاستوكينون (بلاستوكينون (PQ E0 = + 0.113V) و plastoquinones A (PQA). يقبل الإلكترونات من Q. 3 (3 ، 4-dichlorophenyl) -1 ، di-methylurea (DCMU) ، ونظام نقل الإلكترون بين Q و PQA.

وهو عبارة عن سيتوكروم من النوع C له حد أقصى للامتصاص في حدود 550-555 نانومتر. يوجد تقريبًا جزيء واحد لكل 400 جزيء من جزيئات الطاقة. يحمل إلكترونًا واحدًا ويرتبط بـ PSI.

بروتين الحديد والكبريت (E & # 8217 = 290 مللي فولت):

يقع هذا بين البلاستوكينون والسيتوكروم ف.

إنه مركز تفاعل PSI وهو الشكل المعدل لـ Chla الموجود على شكل ثنائى. يوجد حوالي جزيء واحد لكل 400 جزيء تشي. يحمل إلكترونًا واحدًا.

إنه متقبل الإلكترون الأساسي في PSI. لا تُعرف الطبيعة الكيميائية الدقيقة لهذا المركب ، لكن إمكاناته أكثر سلبية من فيروكسين وربما منخفضة تصل إلى 600-700 ملي فولت. يعتبر مركبان Fe-S المعينان على أنهما B و A وسيطان بين X والفيروكسين.

الفيرتوكسين (FD) (E & # 8217 = & # 8211430 مللي فولت):

وهو بروتين يحتوي على الحديد والكبريت وغير الهيم. هنا لا يرتبط الحديد بالهيم وهو ذو وزن جزيئي منخفض. يحتوي الفريدوكسين للنباتات العليا على ذرتين فقط من الحديد. يتم تقليل الحديد وأكسدة بقبول الإلكترون والتبرع به على التوالي. إنها تحمل إلكترونات مفردة.

Flavoprotein Ferroxin-NADP + Oxido- Reductase (E & # 8217 = -380 mV):

هذا الإنزيم يقلل NADP + إلى NADPH. كما أنه يعمل بمثابة مادة هيدروجينية (NADPH2 NAD + → NADP + + NADPH2) وعرق. يحتوي على جزيء واحد من FAD.

السيتوكروم ب6:

في هذه البروتينات يرتبط الحديد بالهيم. قدرتها على الأكسدة والاختزال قريبة من الصفر. تشبه خصائصه الطيفية أيضًا السيتوكروم ب في الميتوكوندريا.

نيكوتيناميد Adenine Dinucieotide الفوسفات (NADP):

إنه المتقبل النهائي لنقل الإلكترون الضوئي في مخطط Z. في مسار RPP ، NADPH2 يتبرع بالإلكترونات لـ 1 ، 3 - ثنائي فسفوغليسيرات. NADP + لا يمر عبر مغلف البلاستيدات الخضراء.

كان NADP سابقًا يعتبر المتقبل الأساسي. أظهرت الدراسات الحديثة أن الفيروكسين مع إمكانية الأكسدة والاختزال بما يقرب من 0.42 فولت كمتقبل. أشارت الدراسات اللاحقة إلى أن المركبات X و Z تسبق الفيروكسين وهي مختزلة قوية.

تم العثور على ثلاثة بروتينات تحتوي على الحديد تسمى السيتوكرومات في البلاستيدات الخضراء. تحتوي على الحديد مثل Fe ++ أو Fe +++ كجزء من مجموعة الأطراف الاصطناعية. هذه هي السيتوكرومات بالوزن ب6 ووزن ب3

السيتوكروم: (E.0& # 8216 = + 4.055 فولت). قد تقع خارج السلسلة.

السيتوكروم ب 559 (E '- 370 مللي فولت) إنه شكل عالي الإمكانات من وزن ب6.

المتطلبات الكمية لمخطط Z:

يتطلب مخطط Z إدخال فوتون واحد لكل إلكترون يتم نقله عبر كل عنصر ضوئي.

وبالتالي يجب أن تكون هناك حاجة إلى 8 فوتونات لكل O2 تطورت.

عملية الفسفرة الضوئية:

يوجد مساران منفصلان وبديلان لنقل الإلكترون بعيدًا عن جزيء الكلوروفيل. هذه هي الفسفرة الضوئية الدورية وغير الدورية (الجدول 13-3). في الحالة الأولى ، لا يعود الإلكترون المنطلق من جزيء الكلوروفيل إليه.

في هذه العملية ينقسم الماء إلى أيونات الهيدروجين والأكسجين وكل من ATP و NADPH2 يتم إنتاجها. يشتمل المسار الأخير على عودة الإلكترون أخيرًا إلى جزيء الكلوروفيل نفسه الذي يعمل كمستقبل للإلكترون. في هذه العملية ، يتم إنتاج ATP فقط بدون انقسام للماء ولا تطور لـ O2 يحدث (الشكل 13-24). يوضح الجدول 13-3 مقارنة بين نظامي فسفرة ضوئي.


يتم استخدام ATP والهيدروجين المشتق من التحلل الضوئي للماء لإصلاح ثاني أكسيد الكربون لصنع جزيئات عضوية.

يمكن قياس التمثيل الضوئي بعدة طرق حيث أنه ينطوي على إنتاج الأكسجين وامتصاص ثاني أكسيد الكربون وزيادة الكتلة الحيوية. على سبيل المثال ، تطلق النباتات المائية فقاعات الأكسجين أثناء عملية التمثيل الضوئي وبالتالي يمكن جمعها وقياسها. يصعب قياس امتصاص ثاني أكسيد الكربون ، لذلك يتم عادةً بشكل غير مباشر. عندما يتم امتصاص ثاني أكسيد الكربون من الماء ، يرتفع الرقم الهيدروجيني للماء وبالتالي يمكن قياس ذلك بمؤشرات الأس الهيدروجيني أو مقاييس الأس الهيدروجيني. أخيرًا ، يمكن قياس التمثيل الضوئي من خلال زيادة الكتلة الحيوية. إذا تم حصاد دفعات من النباتات في سلسلة من المرات وتم حساب الكتلة الحيوية لهذه الدفعات ، فإن زيادة معدل الكتلة الحيوية تعطي مقياسًا غير مباشر لمعدل التمثيل الضوئي في النباتات.


لماذا يوجد كل من الفسفرة الضوئية الدورية وغير الدورية في عملية التمثيل الضوئي؟ (مستوى)

الفسفرة الضوئية غير الدورية هي عملية خطية تتضمن سلسلة نقل الإلكترون بأكملها. منتجات الفسفرة الضوئية غير الدورية هي ATP (ناتج عن تراكم H + داخل تجويف الثايلاكويدات ، والذي يقود بعد ذلك سينسيز ATP) و نادف (تم إنشاؤه باستخدام اختزال NADPH البروتين في نهاية سلسلة نقل الإلكترون ، حيث يقلل e- NADP +). هذه العملية يتطلب كلا من PSII و PSI لإبقاء e- في حالة من الإثارة.
تتضمن عملية الفسفرة الضوئية الحلقية قسمًا من سلسلة نقل الإلكترون. لا ينتج NADPH لأن e- لا يصل إلى اختزال NADPH. بدلاً من ذلك ، يعود مسار e- إلى مجمع السيتوكروم و دورات من خلال PSI فقط. يستخدم مجمع السيتوكروم e- لضخ H + في تجويف الثايلاكويد ، ويساعد في بناء تدرج H + الذي يدفع سينسيز ATP. قد تتحول الخلايا إلى الفسفرة الضوئية الحلقية عندما يكون تركيز NADPH مرتفع للغاية (NADPH غير مطلوب) أو هو مطالب ATP مرتفعة بشكل خاص، أو / وهذا قد يساعد في حماية الخلية من التلف المفرط من الضوء ("الحماية من الضوء") ويساعد في إصلاحها.


1st PUC Biology Photosynthesis in Higher Plants NCERT Text Book أسئلة وأجوبة

السؤال رقم 1.
من خلال النظر إلى نبات خارجيًا ، يمكنك معرفة ما إذا كان النبات C3 مسخ4؟ لماذا و كيف؟
إجابة:
عادة ما تستخدم النباتات التي تنمو في ظروف جافة C4 المسارات. لا يمكن أن يقال بشكل قاطع إذا كان النبات C3 مسخ4 من خلال النظر إلى المظهر الخارجي ، يمكن إجراء بعض التخمين من خلال النظر إلى بنية الأوراق السمين.

السؤال 2.
من خلال النظر إلى الهيكل الداخلي للنبات ، يمكنك معرفة ما إذا كان النبات C3 مسخ4؟ يشرح.
إجابة:
الخلايا الكبيرة بشكل خاص حول الحزم الوعائية لـ C.4 تسمى نباتات المسار بخلايا غمد الحزمة ، ويقال أن الأوراق التي تحتوي على مثل هذا التشريح لديها & # 8216Kranz1 تشريح. & # 8216Kranz & # 8217 تعني & # 8216wreath & # 8217 وهو انعكاس لترتيب الخلايا. قد تشكل خلايا غلاف الحزمة عدة طبقات حول الحزم الوعائية ، وتتميز بوجود عدد كبير من البلاستيدات الخضراء ، وجدران سميكة منيع للتبادل الغازي ولا توجد فراغات بين الخلايا.

السؤال 3.
على الرغم من وجود عدد قليل جدًا من الخلايا في أ ج4 ينفذ النبات مسار التخليق الحيوي & # 8211 Calvin ، ومع ذلك فهو عالي الإنتاجية. هل يمكنك مناقشة لماذا؟
إجابة:
ج4 تقوم النباتات بإصلاح ثاني أكسيد الكربون كيميائيًا في خلايا الميزوفيل عن طريق إضافته إلى جزيء ثلاثي الكربون phosphoenolpyruvate ، وهو تفاعل محفز بواسطة إنزيم يسمى PEP carboxylase والذي ينتج عنه حمض عضوي رباعي الكربون ، حمض oxaloacetic. يتم بعد ذلك نقل حمض Oxaloacetic أو malate المُصنَّع بواسطة هذه العملية إلى خلايا غلاف الحزمة المتخصصة حيث يوجد الإنزيم والروبيكو وأنزيمات دورة كالفين الأخرى وحيث يكون ثاني أكسيد الكربون2 تم إطلاقه عن طريق نزع الكربوكسيل من الأحماض الكربونية الأربعة عن طريق نشاط روبيكو إلى أحماض الفوسفوجليسيريك المكونة من ثلاثة كربونات 3 & # 8211.

السؤال 4.
RuBisCO هو إنزيم يعمل ككربوكسيلاز وأكسجيناز. لماذا تعتقد أن RuBIsCO تنفذ المزيد من الكربوكسيل في C4 النباتات؟
إجابة:
RuBisCo لديه تقارب أكبر بكثير لـ CO2 من O2. إنه التركيز النسبي لـ O2 وشارك2 التي تحدد أي من الاثنين سوف يرتبط بالإنزيم. في C3 بعض النباتات O2 لا يرتبط بـ RuBisCo وبالتالي CO2 انخفض التثبيت.

في C4 لا يحدث استنشاق ضوئي للنباتات. هذا لأن لديهم آلية تزيد من تركيز ثاني أكسيد الكربون2 في موقع الانزيم. يحدث هذا عندما يكون C.4 يتم تكسير الحمض من الميزوفيل في خلايا الحزمة لإطلاق ثاني أكسيد الكربون2 . يؤدي هذا إلى زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون داخل الخلايا2. في المقابل ، يضمن هذا أن RuBisCo يعمل ككربوكسيلاز يقلل من نشاط الأوكسجين.

السؤال 5.
لنفترض أن هناك نباتات تحتوي على تركيز عالٍ من الكلوروفيل ب لكنها تفتقر إلى الكلوروفيل أ ، فهل ستنفذ عملية التمثيل الضوئي؟ إذن لماذا تحتوي النباتات على الكلوروفيل ب والأصباغ الملحقة الأخرى؟
إجابة:
على الرغم من أن الكلوروفيل هو الصباغ الرئيسي المسؤول عن حبس الضوء ، فإن أصباغ الثايلاكويد الأخرى مثل الكلوروفيل ب ، والزانثوفيل والكاروتينات ، والتي تسمى أصباغ الملحقات ، تمتص الضوء أيضًا وتنقل الطاقة إلى & # 8216 الكلوروفيل a & # 8217.

في الواقع ، فهي لا تتيح فقط نطاقًا أوسع من الطول الموجي للضوء الوارد لاستخدامه في عملية التمثيل الضوئي ولكن أيضًا تحمي & # 8216 الكلوروفيل a & # 8217 من أكسدة الصور. معقدات بروتين الكلوروفيل مركز التفاعل قادرة على امتصاص الضوء مباشرة وتنفيذ أحداث فصل الشحنة بدون أصباغ الكلوروفيل الأخرى ولكن المقطع العرضي للامتصاص صغير.

السؤال 6.
لماذا يكون لون الورقة في الظلام أصفر في كثير من الأحيان ، أو أخضر شاحب؟ أي صبغة تعتقد أنها أكثر استقرارًا؟
إجابة:
نظرًا لأن الأوراق تتطلب الضوء لإجراء عملية التمثيل الضوئي ، فإن لون الورقة المحفوظة في الظلام يتغير من اللون الأخضر الداكن إلى اللون الأخضر الفاتح. في بعض الأحيان ، يتحول أيضًا إلى اللون الأصفر. يتناسب إنتاج صبغة الكلوروفيل الضرورية لعملية التمثيل الضوئي طرديًا مع كمية الضوء المتاحة. في غياب الضوء ، يتوقف إنتاج جزيئات & # 8216 الكلوروفيل & # 8211 a "وتتكسر ببطء. هذا يغير لون الورقة تدريجيًا إلى اللون الأخضر الفاتح. خلال هذه العملية ، تصبح أصباغ الزانثوفيل والكارتنويد هي السائدة ، مما يتسبب في أن تصبح الورقة صفراء. هذه الأصباغ أكثر ثباتًا لأن الضوء ليس ضروريًا لإنتاجها. هم دائما موجودون في النباتات.

السؤال 7.
انظر إلى أوراق نفس النبات على الجانب المظلل وقارنها بالأوراق الموجودة على الجانب المشمس. أو قارن بين النباتات المحفوظة بوعاء في ضوء الشمس مع تلك الموجودة في الظل. أي منهم لديه أوراق خضراء داكنة؟ لماذا ا؟
إجابة:
الضوء عامل مقيد لعملية التمثيل الضوئي. تحصل الأوراق على ضوء أقل لعملية التمثيل الضوئي عندما تكون في الظل. لذلك ، فإن الأوراق أو النباتات الموجودة في الظل تؤدي عملية تمثيل ضوئي أقل مقارنة بالأوراق أو النباتات المحفوظة في ضوء الشمس. من أجل زيادة معدل التمثيل الضوئي ، تحتوي الأوراق الموجودة في الظل على المزيد من أصباغ الكلوروفيل. تزيد هذه الزيادة في محتوى الكلوروفيل من كمية الضوء التي تمتصها الأوراق ، مما يؤدي بدوره إلى زيادة معدل التمثيل الضوئي. لذلك ، فإن الأوراق أو النباتات الموجودة في الظل تكون أكثر خضرة من الأوراق أو النباتات المحفوظة في الشمس.

السؤال 8.
يوضح الشكل تأثير الضوء على معدل التمثيل الضوئي. بناءً على الرسم البياني ، أجب عن الأسئلة التالية

(أ) عند أي نقطة / نقاط (A أو B أو C) في المنحنى يكون الضوء عاملاً مقيدًا؟
إجابة:
بشكل عام ، الضوء ليس عاملاً مقيدًا. يصبح عاملاً مقيدًا للنباتات التي تنمو في الظل أو تحت مظلات الأشجار. في الرسم البياني المعطى ، يعد الضوء عاملاً مقيدًا عند النقطة التي يكون فيها التمثيل الضوئي هو الحد الأدنى. أقل قيمة لعملية التمثيل الضوئي هي في المنطقة 4. وبالتالي ، فإن الضوء هو عامل مقيد في هذه المنطقة.

(ب) ما هي العوامل المحددة التي يمكن أن تكون في المنطقة "أ"؟
إجابة:
Ught هو عامل مقيد في المنطقة A يمكن أيضًا أن يكون الماء ودرجة الحرارة وتركيز ثاني أكسيد الكربون من العوامل المحددة في هذه المنطقة

هل تمثل C و D على المنحنى (ج) ماذا
إجابة:
يمثل D النقطة المثلى ويعطي شدة الضوء التي يتم عندها تسجيل أقصى قدر من التمثيل الضوئي. يظل معدل التمثيل الضوئي ثابتًا بعد هذه النقطة ، على الرغم من زيادة شدة الضوء في المنطقة C.

السؤال 9.
قارن بين الآتي:
(أ) ج2 و ج4 المسارات
إجابة:

ج3 مسار ج4 مسار
(1) المستقبِل الأساسي لـ CO2 هو RUBP & # 8211 مركب خماسي الكربون المتقبل الأساسي لـ CO2 هو phosphoenolpyruvate مركب ثلاثي الكربون.
(2) أول منتج مستقر هو
3 & # 8211 فسفوغليسيرات
أول منتج مستقر هو حمض الأكسالوسيتيك
(3) يحدث فقط في الخلايا المتوسطة للأوراق يحدث في خلايا الأوراق المتوسطة والغمد الحزم
(4) إنها عملية بطيئة لتثبيت الكربون وخسائر عالية في التنفس إنها عملية أسرع لتثبيت الكربون وخسائر الصورة التنفسية منخفضة

(ب) الفسفرة الضوئية الدورية وغير الدورية
إجابة:

الفسفرة الضوئية السيليك الفسفرة الضوئية غير السيليكية
(1) يحدث فقط في نظام الصور الأول يحدث في النظام الضوئي الأول والثاني
(2) أنه ينطوي فقط على تخليق ATP أنه ينطوي على تخليق ATP و NADPH2
(3) في هذه العملية ، لا يحدث التحلل الضوئي للماء. لذلك ، لا يتم إنتاج الأكسجين في هذه العملية ، يحدث التحلل الضوئي للماء ويتحرر الأكسجين
(4) في هذه العملية ، تتحرك الإلكترونات في دائرة مغلقة في هذه العملية ، لا تتحرك الإلكترونات في دائرة مغلقة.

(ج) تشريح الورقة في C.3 و ج4 النباتات
إجابة:

ج3 ورقة الشجر ج4 ورقة الشجر
(1) لا توجد خلايا حزمة الغمد توجد خلايا حزمة الغمد
(2) RuBisCo موجود في خلايا الميزوفيل RubisCo موجود في خلايا غمد الحزمة
(3) أول مركب مستقر يتم إنتاجه هو 3- مركب فوسفوجليسيرات ثلاثي الكربون أول مركب مستقر تم إنتاجه هو حمض أوكسالوسيتيك & # 8211 مركب رباعي الكربون
(4) يحدث التنفس الضوئي لا يحدث التنفس الضوئي

التمثيل الضوئي الأول لبيولوجيا PUC في النباتات العليا أسئلة وأجوبة إضافية

التمثيل الضوئي الأول لبيولوجيا PUC في النباتات العليا أسئلة علامة واحدة

السؤال رقم 1.
ما هو اسم البلاستيد الأخضر؟
إجابة:
Chloroplast (أكتوبر 83)

السؤال 2.
من أين يأتي الأكسجين المتحرر أثناء عملية التمثيل الضوئي؟ (90 أكتوبر)
إجابة:
ماء

السؤال 3.
ما هي مادة البداية في أول أكسيد الكربون2 دورة التثبيت؟ (أبريل 91)
إجابة:
رومب.

السؤال 4.
من الذي اقترح قانون العوامل المحددة؟
إجابة:
ف. بلاكمان (أبريل 1991 ، 1999)

السؤال 5.
في أي تفاعل يتم إطلاق الأكسجين في عملية التمثيل الضوئي؟ (أكتوبر 1994)
إجابة:
التحلل الضوئي للماء

السؤال 6.
ما نوع الضوء الذي يسبب أقصى قدر من تخليق الصور؟ (أكتوبر 1995)
إجابة:
ضوء أحمر

السؤال 7.
ما هي الكميات؟ (أبريل 1997)
إجابة:
Quantasomes هي وحدة وظيفية (وحدات التمثيل الضوئي) تتكون من مجموعة من جزيئات الصبغة اللازمة لإجراء تفاعل كيميائي ضوئي.

السؤال 8.
تعريف الفسفرة الضوئية. (أكتوبر 1997 ، أبريل 2000)
إجابة:
يسمى تخليق ATP في وجود الضوء الفسفرة الضوئية.

السؤال 9.
ما هو سي3 مصنع؟ (M.Q.P.)
إجابة:
أ ج3 النبات هو أول مركب مستقر يتم الحصول عليه أثناء التفاعل المظلم هو مركب ثلاثي الكربون.

السؤال 10.
حدد التحلل الضوئي للماء. (أكتوبر 1998 ، 2000 ، M.Q.P.)
إجابة:
التحلل الضوئي أو التأين الضوئي هو تقسيم الماء إلى بروتونات وإلكترونات وأكسجين في وجود الضوء.

السؤال 11.
ما هو الفسفرة؟ (M.Q.P.)
إجابة:
يُطلق على تخليق ATP إما بمساعدة الضوء (أثناء عملية التمثيل الضوئي) أو بوجود الأكسجين (أثناء التنفس) الفسفرة.

السؤال 12.
قم بتسمية أول منتج مستقر لدورة كالفين. (أكتوبر 2003 ، يوليو 2007 ، 2009)
إجابة:
PGA & # 8211 حمض الفوسفوجليسيريك.

السؤال 13.
ما هو مسار الطبابة البديلة؟
إجابة:
تثبيت أول أكسيد الكربون2 تم الحصول عليها من حمض عضوي مثل حمض الماليك في أفراد عائلة Crassulaceae يسمى مسار CAM.

السؤال 14.
ما هي لغة سي4 النباتات؟
إجابة:
تنتج النباتات 4 & # 8211 مركبات كربون كأول مواد مستقرة أثناء التفاعل المظلم تسمى C4 النباتات.

السؤال 15.
قم بتوسيع NADP. (أبريل 2004)
إجابة:
نيكوتيناميد Adenine Dinucleotide Phosphate.

السؤال 16.
تغلق نباتات CAM ثغورها خلال النهار. أعط السبب. (أبريل 2007)
إجابة:
هذه النباتات عبارة عن نباتات زيروفيت بشكل أساسي تفتح ثغورها ليلاً عندما تكون درجات الحرارة منخفضة وتغلق الثغور أثناء النهار عندما تكون درجات الحرارة عالية كآلية للحفاظ على المياه.

السؤال 17.
أعط سببا لما يلي
تظهر بعض البكتيريا عملية التمثيل الضوئي ولكنها لا تنتج الأكسجين. (يوليو 2006)
إجابة:
لا تستخدم بعض بكتيريا التمثيل الضوئي الماء كمصدر للهيدروجين ، وبالتالي لا تحرر الأكسجين.

السؤال 18.
اذكر السبب: (آذار (مارس) 2008)
درجة الحرارة العالية جدًا تقلل من معدل التمثيل الضوئي.
إجابة:
يخضع الكلوروفيل لأكسدة ضوئية / تشميس عند درجة حرارة عالية مما يقلل من التمثيل الضوئي.

السؤال 19.
اذكر السبب: (يوليو 2008 ، أبريل 2009)
يطلق على كاروتينويد و Xanthophyli أصباغ التمثيل الضوئي الإضافية.
إجابة:
يقوم كاروتينويد وزانثوفيلي بنقل الضوء الممتص إلى الكلوروفيل & # 8216a1 ، ومن ثم يطلق عليهما أصباغ ملحقة. لا يمكنهم إطلاق الإلكترونات من تلقاء أنفسهم ويتطلبون الكلوروفيل.

التمثيل الضوئي الأول لبيولوجيا PUC في النباتات العليا سؤالان ذو علامة

السؤال رقم 1.
اكتب أي اختلافين بين تفاعلات الضوء والظلام لعملية التمثيل الضوئي. (مارس 1988)
إجابة:
(ط) تفاعل الضوء & # 8211 (أ) رد فعل مظلم

  • يحدث في وجود الضوء.
    (أ) مستقل عن الضوء.
  • تحلل ضوئي بشكل أساسي وتوليف ATP مع O4 تطور.
    (ب) تهتم بشكل رئيسي بتثبيت الكربون.

السؤال 2.
ما هي الكميات؟ (٩٤ أكتوبر)
إجابة:
Quantasome عبارة عن وحدة وظيفية (وحدة ضوئية اصطناعية) تتكون من مجموعة من جزيئات الصبغة اللازمة لإجراء تفاعل كيميائي ضوئي. يتم تضمين جزيئات الصبغ في الجرانا ويتم تمييزها كنظام صبغ I (مع chi 670 و chi 680 و P 700) ونظام الصباغ ll (مع chi 670 و chi 680 و P 680 و Xanthophylls)

السؤال 3.
اذكر مراحل تفاعل الضوء. (M.Q.P.)
إجابة:
مراحل تفاعل الضوء

  • الاستثارة الضوئية للكلوروفيل
  • التحلل الضوئي للماء
  • الفسفرة الضوئية
  • الحد من NADP

السؤال 4.
التمييز بين الفسفرة الضوئية الدورية وغير الدورية. (M.Q.P. ، مارس 2011)
إجابة:
(ط) الفسفرة الضوئية غير الدورية (أ) الفسفرة الضوئية الحلقية

  1. المسار الذي يجتازه الإلكترون غير دوري.
    (أ) المسار الذي يجتازه الإلكترون هو دوري.
  2. كل من PSI و PSII نشطة.
    (ب) فقط PSI نشطة.
  3. يرافقه تحلل ضوئي.
    (ج) لا يوجد تحلل ضوئي.
  4. المسار الرئيسي الذي يحدث.
    (د) المسار الثانوي عند الحاجة إلى ATP إضافي.

السؤال 5.
اذكر أي اختلافين بين نظام الصور الأول ونظام الصور الثاني. (أكتوبر 1999)
إجابة:
(ط) نظام الصور الأول & # 8211 (أ) نظام الصور الثاني

  1. مركز التفاعل هو P 700 ويمتص الضوء الأحمر بكفاءة 700 نانومتر.
    (أ) مركز التفاعل هو P680 ويمتص ضوء 680 نانومتر بكفاءة.
  2. تقع على ثايلاكويدات السدى غير المكدسة ومناطق الجرانا التي تواجه السدى.
    (ب) تقع في الغالب على الأغشية المكدسة للثيلاكويدات

السؤال 6.
تحديد قانون Blackman & # 8217s للعوامل المحددة. (أبريل 2000 ، أكتوبر 2002)
إجابة:
عندما تكون العملية & # 8220a مشروطة بسرعتها بعدد من العوامل المنفصلة ، يكون معدل العملية محدودًا بوتيرة العامل الأبطأ & # 8221.

السؤال 7.
ما هو مركز رد الفعل؟ أعط مراكز رد فعل PSI و PSII.
إجابة:
مركز التفاعل هو أحد مكونات الكلوروفيلا في النظام الضوئي ويمتص ويقبل الطاقة من أصباغ أخرى ويخرج إلكترونًا.
مركز تفاعل PSII هو Chla680 أو ص680 و PSI هي Chla700 أو ص700

السؤال 8.
اذكر أي اختلافين بين الفسفرة الضوئية والفسفرة المؤكسدة. (أبريل 2003)
إجابة:

  1. تحدث الفسفرة الضوئية في وجود الضوء ، بينما تحدث الفسفرة المؤكسدة في وجود الأكسجين.
  2. تحدث الفسفرة الضوئية في البلاستيدات الخضراء أثناء عملية التمثيل الضوئي ، بينما تحدث الأكسدة في الميتوكوندريا أثناء التنفس.

السؤال 9.
ما هو سي4 -مسار؟ اعط مثالا. (مارس 2008)
إجابة:
CA -pathway هو مسار بديل للتمثيل الضوئي يُرى في نباتات مثل قصب السكر / الذرة الرفيعة / الذرة حيث يكون المركب المستقر الأول عبارة عن مركب أوكسالو أسيتات 4-C. يطلق عليه مسار هاتش سلاك.

السؤال 10.
ارسم مخططًا أنيقًا معنونًا للبنية التحتية الدقيقة لـ TS. من البلاستيدات الخضراء. (مارس 2008)
إجابة:


البلاستيدات الخضراء هي عضيات خلوية على شكل عدسة تقع في خلايا الميزوفيل. يحد البلاستيدات الخضراء بغشاء مزدوج يفصل بينهما الفضاء بين الغشاء. يحتوي المركز على سائل متجانس يشبه الهلام يسمى الفغرة أو المصفوفة. يحتوي على 50٪ من بروتينات البلاستيدات الخضراء والريبوزومات والحمض النووي وإنزيمات التفاعل الداكن.

تحتوي المصفوفة على نظام من الصفائح متباينة مثل صفائح جرانا مصنوعة من أكياس مسطحة تسمى ثايلاكويدات مرتبة في شكل كومة من العملات المعدنية. يحتوي غشاء الثايلاكويد على سطح انسجة خارجي وسطح لمعي داخلي ملامس لومن الثايلاكويد. بعض الصفائح غير مكدسة وتربط الجرانا المسماة Stroma lamellae أو inter Grana lamellae. تشكل جرانا لاميلا موقعًا لتفاعل الضوء وتشكل السدى موقعًا لتفاعل مظلم.

التمثيل الضوئي الأول لبيولوجيا PUC في النباتات العليا خمسة أسئلة مارك

السؤال رقم 1.
حدد التمثيل الضوئي واشرح رد الفعل الضوئي لعملية التمثيل الضوئي.
(أبريل 1983 ، 1987 ، 1993 ، 1995 ، 1997 ، 1999 ، 2006 ، أكتوبر 1985 ، 1991 ، 1992 ، M.Q.P.)
إجابة:
يُعرَّف التمثيل الضوئي بأنه العملية التي يتم فيها تصنيع الكربوهيدرات من ثاني أكسيد الكربون2 و ح2يا عن طريق النباتات الخضراء باستخدام الطاقة المشعة للشمس ، يا2 كونه منتج ثانوي.

تفاعل الضوء: يسمى أيضًا التفاعل الكيميائي الضوئي ويعتمد على الضوء.
يمكن تلخيص تفاعل الضوء في 4 خطوات

  • الاستثارة الضوئية للكلوروفيل
  • التحلل الضوئي للماء
  • الفسفرة الضوئية
  • Photoreduction من NADP

الإثارة الضوئية للكلوروفيل: عندما يتعرض جزيء الكلوروفيل للضوء فإنه يمتص الطاقة المشعة والإلكترون في بنيته يلتقط الطاقة ويصبح إلكترونًا عالي الطاقة. تتحرك الطاقة بسرعة عبر جزيئات الصباغ التي تجمع الضوء لتصل إلى مركز تفاعل ثلاثي.

يتسبب في حصول الإلكترون على كمية كبيرة من الطاقة ويهرب من مركز التفاعل تاركًا الكلوروفيل بشحنة موجبة صافية.

التحلل الضوئي أو التأين الضوئي للماء:
كان يعتقد في وقت سابق أن مصدر الأكسجين هو ثاني أكسيد الكربون2 ولكن من خلال عمل Van Neil و Ruben و Kamen باستخدام O 18 ، ثبت أنه يأتي من H.2س.

ينقسم الماء في المنغنيز المحتوي على معقد تطور الأكسجين تحت تأثير الضوء لإنتاج البروتونات والإلكترونات والأكسجين والماء. يتم تمثيل المعادلة الإجمالية كـ

نظريًا ، هناك حاجة إلى 8 كمات من الضوء لإنتاج جزيء واحد من الأكسجين من الماء.

الفسفرة الضوئية: هي العملية التي يتم من خلالها تصنيع ATP في وجود الضوء. تم اكتشافه لأول مرة بواسطة أرنون. يتم تفريق العملية إلى دورية وغير دورية اعتمادًا على المسار الذي يسلكه الإلكترون. في الدورة يكون المسار الذي يتم اجتيازه دوريًا وغير دوري ، ويكون المسار الذي يتم اجتيازه غير دوري.

الفسفرة الضوئية غير الدورية:
يتم بدء عملية الفسفرة الضوئية غير الدورية عن طريق امتصاص فوتون من الضوء بواسطة PS 11 الذي يكون مركز تفاعله هو P680 وينتج عنه طرد إلكترون مما يؤدي إلى حدوث ثقب. يتم حجز الإلكترون المقذوف بواسطة فيوفيتين ، ويمرر إلى بلاستوكينون (PQ) ثم يأخذ مسارًا منحدرًا على طول ناقلات الإلكترون Cyt b6 cyt f و plastocyanin ويصل إلى PSI مع مركز التفاعل P700.

يتسبب امتصاص الضوء بواسطة PSI الآن في طرد الإلكترون المنطلق من PSII والذي تم احتجازه بواسطة FRS التحركات إلى Feredoxin واستخدام البروتونات المنبعثة من التحلل الضوئي NADP يتم تقليله إلى NADPH2.

تمتلئ الفتحة التي تم إنشاؤها في PSII بسبب فقدان الإلكترون بالإلكترونات المنتجة أثناء التحلل الضوئي. يساعد التحلل الضوئي معقد تطور الأكسجين المحتوي على المنغنيز. مسار الإلكترونات من الماء إلى PSII و PSII إلى PSI و PSI إلى NADP بطريقة متعرجة تسمى المسار.

في الفسفرة الضوئية غير الدورية ، لا يعود الإلكترون المقذوف إلى PSII ومن ثم يكون المسار غير دوري ، ويتم تصنيع ATP بين cyt b6 و cyt f ، يحدث التحلل الضوئي ويختص NADP ضوئيًا إلى NADPH2 يحدث. (يوليو 2006)

الفسفرة الضوئية الحلقية:
تحدث عملية الفسفرة الضوئية الحلقية عندما تكون هناك حاجة إلى جزيئات ATP إضافية وهي عملية تكميلية. يتم تنشيط PSI فقط مع مركز رد الفعل P700. يتم التقاط الإلكترون المقذوف لـ PSI بواسطة Ferroxin وإعادة تدويره مرة أخرى من خلال سلسلة من ناقلات الإلكترون cyt b6، و cyt و البلاستوسيانين. خلال جور انحدار

رسم تخطيطي للفسفرة الضوئية غير الدورية و ETS غير الدورية. الاختصارات: Ph = Pheophytin ، Q = Quinone ، PQ = Plastoquinone ، PQH2 = بلاستوهيدرو كينون ، cytb6 = السيتوكروم ب6، cytb6= السيتوكروم f، PC = Plastocyanin، A1، A2، A3 = متقبلات الإلكترون لـ PSI، Fd.

يتم استخدام ney من الطاقة الخالية من الإلكترون لتخليق ATP في مكانين ، أي بين الفيروكسين و Cyt b6 و CYT ب6 و CYT و. لا تتطلب العملية تحللًا ضوئيًا للماء و NADPH2 تشكيل.

Photoreduction من NADP:
يحدث هذا أثناء الفسفرة الضوئية غير الدورية و NADPH2 هو عامل اختزال ممتاز. ATP و NADPH2 تسمى القوى الاستيعابية التي يتم استخدامها أثناء تفاعل الظلام.

السؤال 2.
ارسم مخططات معنونة ووصف بنية ووظائف البلاستيدات الخضراء.
(أبريل 1983 ، أكتوبر 2001 ، أبريل 2004 ، 2006 ، مارس 2011)
إجابة:

البلاستيدات الخضراء هي عضيات خلوية على شكل عدسة تقع في خلايا الميزوفيل. يحد البلاستيدات الخضراء بغشاء مزدوج يفصل بينهما الفضاء بين الغشاء. يحتوي المركز على سائل متجانس يشبه الهلام يسمى الفغرة أو المصفوفة. يحتوي على 50٪ من بروتينات البلاستيدات الخضراء والريبوزومات والحمض النووي وإنزيمات التفاعل الداكن.

تحتوي المصفوفة على نظام من الصفائح متباينة مثل صفائح جرانا مصنوعة من أكياس مسطحة تسمى ثايلاكويدات مرتبة في شكل كومة من العملات المعدنية. يحتوي غشاء الثايلاكويد على سطح انسجة خارجي وسطح لمعي داخلي ملامس لومن الثايلاكويد. بعض الصفائح غير مكدسة وتربط الجرانا المسماة Stroma lamellae أو inter Grana lamellae. تشكل جرانا لاميلا موقعًا لتفاعل الضوء وتشكل السدى موقعًا لتفاعل مظلم.

السؤال 3.
اشرح دورة كالفين لعملية التمثيل الضوئي.
أو
وصف الخطوات الأساسية للتفاعل المظلم لعملية التمثيل الضوئي. (84 ، 94 ، 96 ، 98 ، 03 ، 84 أكتوبر ، 90 ، 2001)
أو
أعط التمثيل التخطيطي لدورة كالفن. (مارس 2009 ، 2010)
اكتب التمثيل التخطيطي لـ C3-مسار. (يوليو 2011)
إجابة:
دورة كالفينز أو رد فعل مظلم أو سي3 تشكل الدورة أو التفاعل الكيميائي الحراري الخطوة الثانية من عملية التمثيل الضوئي التي تحدث بشكل مستقل عن الضوء. درس كالفين الخطوات المتضمنة هنا باستخدام لغة سي14.

يتضمن التفاعل الداكن بشكل أساسي تثبيت الكربون لإنتاج الكربوهيدرات. يحدث هذا في السدى ويستخدم قوى الاستيعاب الناتجة أثناء تفاعل الضوء.
يمكن تلخيص الخطوات المعنية على النحو التالي.

(1) الفسفرة الأولى: يتم تحويل مركب البداية RuMP (Ribulose Mono Phosphate) إلى RuBP (Ribulose biphosphate) باستخدام 6 جزيئات من ATP من تفاعل الضوء. يتم الحصول على 6 جزيئات من RuBP من 6 جزيئات من RuMP.

(2) تثبيت الكربون بواسطة RUBP: The CO2 تم قبوله من قبل RuBP المستقبِل الأساسي لإعطاء 12 جزيءًا من PGA (فوسفوجليسيرات) مركب ثلاثي الكربون. المركب المكون من 6 كربون غير مستقر للغاية وينفصل ليشكل مركب ثلاثي الكربون.

(3) الفسفرة الثانية: تستخدم 12 جزيء من PGA 12 جزيء ATP لإنتاج 12 دي PGA. يتم إنتاج ATP المستخدم أثناء تفاعل الضوء.

(4) التخفيض: 12 دي PGA تتحد مع NADPH2 من تفاعل الضوء ويتم تقليله إلى 12 PGAL (phosphoglyceraldehyde) مركب a-3-carbon. المنتجات الأخرى هي 12iP و 12 NADP و H.2س.

من بين 12 جزيءًا من PGAL ، يتم نقل 2 فقط إلى السيتوبلازم ويستخدمان لتكوين جزيء السكر (سداسي) ويتم استخدام الجزيئين المتبقيين لتجديد RuBP.

يتضمن تخليق السكر تكثيف 2PGAL لإعطاء الفركتوز 1-6-ثنائي الفوسفات والذي عن طريق نزع الفسفرة يشكل الفركتوز 6-الفوسفات وعن طريق الأزمرة ، الجلوكوز وأخيراً يتم تخزينه على شكل سكروز.

يتضمن تجديد RuBP تكوين مواد وسيطة مثل Erythrose monophosphate و xylulose monophosphate و Sedoheptulose monophosphate و Ribose monophosphate وأخيراً Ribulose monophosphate-RuMP الذي يعطي RuBP.

المعادلة الإجمالية للتفاعل المظلم هي

السؤال 4.
صف العوامل التي تؤثر على معدل التمثيل الضوئي. (أكتوبر 1989)
إجابة:
قد تكون العوامل التي تؤثر على التمثيل الضوئي داخلية وخارجية.

  • الكلوروفيل: هو الصباغ الذي يمتص الضوء ويمكن فقط لأجزاء النبات التي تحتوي على الكلوروفيل أن تساعد في عملية التمثيل الضوئي.
  • العامل البروتوبلازمي: تظهر الشتلات الصغيرة عند نقلها من الظلام إلى النور وجود بعض العوامل التي يعتقد أنها إنزيمية تبدأ عملية التمثيل الضوئي وتسمى عامل البروتوبلازم.
  • الضوء: من أهم العوامل التي تؤثر على العملية بثلاث طرق وهي الكمية والجودة والشدة. كمية الضوء هي المدة وتعتمد على الفترة الضوئية التي تتطلبها جودة النبات تشير إلى الطول الموجي ، ويحدث الحد الأقصى من التمثيل الضوئي في الضوء الأحمر والأزرق بينما الحد الأدنى في الضوء الأخضر. تفضل الكثافة العملية وتقلل الكثافة المنخفضة من معدل التمثيل الضوئي. تؤدي الكثافة العالية جدًا إلى الأكسدة الضوئية للأصباغ والتي تسمى التشميس.
  • كو2: زيادة في ثاني أكسيد الكربون2 يفضل التركيز العملية بشرط أن تكون العوامل الأخرى غير محدودة ولكن التركيزات العالية جدًا تكون سامة وتمنع التمثيل الضوئي.
  • درجة الحرارة: الزيادة في درجة الحرارة لصالح التمثيل الضوئي ولكن فوق النطاق الأمثل تنخفض العملية بسبب تمسخ الأنزيمات.

السؤال 5.
شرح تخطيطيًا للفسفرة الضوئية غير الدورية. (أبريل 2002 ، 2007)
إجابة:
الفسفرة الضوئية غير الدورية هي تخليق ATP في وجود ضوء يتبع مسارًا غير دوري. يتطلب كل من PSI و PSII + العمل بالتسلسل ويرتبطان بحوامل الإلكترون في نظام نقل الإلكترون. مسار الإلكترونات من H.2O إلى PSII و PSII إلى PSI و PSI إلى NADP.

عندما يتم امتصاص فوتون من الضوء بواسطة PSII ، يتم تعزيز الإلكترون الخاص به إلى مستوى طاقة مرتفع P680 * وينتقل إلى pheophytin الذي يعمل كمستقبل إلكترون أولي. يتم بعد ذلك نقل الإلكترون إلى كينون على السطح اللحمي للغشاء الثايلوكويد والذي بقبول إلكترون ثان و 2 H + من شكل سدى H2. يعمل H2 ينفصل إطلاق 2e & # 8211 على الجانب اللمعي إلى مجمع cyt b و 2 H + إلى التجويف لإضافته إلى تجمع البروتون. تنتقل الإلكترونات الصادرة عن مجمع cyt b / f إلى جهاز الكمبيوتر الذي ينتشر عبر التجويف إلى P700 من PSI.

يتم الآن تنشيط PSI ويتم تعزيز الإلكترون من PSII إلى P700 * ويتم تمريره على طول A.0، أ1, Fx،Fأب ويتم نقله إلى Fd على السطح اللحمي ويتم تقليله. ينقل الفيروكسين المختزل إلكتروناته إلى NADP + الذي يمتص 2e- و H + من السدى لإنتاج NADPH و 1. عامل اختزال ممتاز عن طريق الامتصاص الضوئي. تملأ فجوة الإلكترون المتكونة في P680 * بالإلكترونات الناتجة عن التحلل الضوئي من خلال OEC.

تدفق الإلكترون غير دوري ، H2 يستخدم لإنتاج NADPH ، يتكون ATP من ADP ، O2 من ح2يا وماء.

رسم تخطيطي للفسفرة الضوئية غير الدورية و ETS غير الدورية. الاختصارات: Ph = Pheophytin ، Q = Quinone ، PQ = Plastoquinone ، PQH2 = Plastohydro quinone، cytb6 = السيتوكروم ب6، cyt f = السيتوكروم f، PC = Plastocyanin، A1، A2، A3 = مستقبلات الإلكترون لـ PSI، Fd = Ferridoxin، NADP = فوسفات ثنائي النوكليوتيد الأدينين نيكوتيناميد.

السؤال 6.
اشرح الإثارة الضوئية والتحلل الضوئي.
إجابة:
يسمى امتصاص الطاقة الضوئية وطرد الإلكترونات بواسطة الكلوروفيل phoexcitation. تمتص أصباغ الكلوروفيل والملحقات لمصادم الهادرونات الكبير لكل من PSI و PSII الطاقة المشعة في شكل فوتونات وتنقل طاقتها الممتصة إلى مركز التفاعل. يتحمس مركز تفاعل PSI و PSII ويخرج إلكترون التكافؤ الخارجي ويتأكسد الكلوروفيل. يتم قبول الإلكترون الناتج عن الكلوروفيل بواسطة جزيء حامل الإلكترون لكل نظام ضوئي. لذلك من خلال إعطاء إلكترون ، يتأكسد الكلوروفيل ويقل الجزيء الحامل للإلكترون. الإلكترون المتسرب من الكلوروفيل المثير هو إلكترون عالي الطاقة ، لذا فهو يحمل الكثير من الطاقة.

التحلل الضوئي للماء (أكسدة ضوئية لـ H.2س) تحلل الماء إلى بروتون (H +) ، وإلكترونات (هـ) وجزيئي O2 في وجود الضوء يسمى التحلل الضوئي للماء. يتأكسد الماء بالتبرع بالإلكترون.

عندما يسقط الضوء على PSII ، فإن مركز رد الفعل الخاص به (Chla680) يتحمس بإخراج إلكترون. ينقسم الماء في المركب المتطور للأكسجين المحتوي على البروتين Mn 2+ المرتبط بـ Z & # 8211 تحت تأثير الضوء الذي يدخل إلى النظام الضوئي II. يتم إطلاق البروتونات (H +) في تجويف الثايلاكويد ، ويتم استخدام الإلكترونات (e & # 8211) لملء فجوة تم إنشاؤها في P680 والجزيئي O2 اطلق سراحه.

السؤال 7.
اكتب ملاحظة عن أصباغ التمثيل الضوئي.
إجابة:
تسمى الأصباغ التي تمتص الضوء أثناء عملية التمثيل الضوئي بأصباغ التمثيل الضوئي. هم انهم،
(1) الكلوروفيل: أصباغ الكلوروفيل من أنواع مختلفة. الكلوروفيل أ ، ب ، ج ، د ، هـ ، جرثومي كلوروفيل إلخ.

الكلوروفيل:
إنه الصباغ الضوئي الأساسي. الصيغة الكيميائية للكلوروفيل هي C55ح72ا5ن4ملغ. يحتوي على مجموعة الميثيل (CH3). يُطلق على الكلوروفيل اسم الصباغ الضوئي الأساسي لأنه لا يمتص الضوء فحسب ، بل يحول الطاقة الضوئية الممتصة إلى طاقة كيميائية. يمتص Chi a الضوء الأحمر والضوء الأزرق.

(2) أصباغ ملحقة: تمتص الأصباغ أطوال موجية معينة من الضوء وتمرر تلك الطاقة الممتصة إلى chi a (صبغة ضوئية أولية). لا تحول الطاقة الممتصة إلى طاقة كيميائية. يسمى نقل الطاقة الممتصة إلى تشي أ بنقل الرنين. الكلوروفيل ب والكاروتينات هي أصباغ ملحقة.

(3) الكلوروفيل: صبغة ملحقة وصيغتها C55ح70O6N4ملغ. وهو يختلف عن chi في وجود مجموعة الألدهيد (CHO). تمتص الضوء الأحمر 644 نانومتر والضوء الأزرق 455 نانومتر. ينقل الطاقة الضوئية الممتصة إلى chla.

(4) الكاروتينات:
وهي عبارة عن أصباغ ملحقة ، وهي من نوعين # 8211 كاروتين (برتقالي) وكاروتين زانثوفيل (أصفر) غير قابل للذوبان في الماء وقابل للذوبان في المذيبات العضوية. توجد الكاروتينات دائمًا مرتبطة بالكلوروفيل وفي الثايلاكويدات فهي موجودة كبروتينات كروموبروتينات. يمتص الكاروتين الأضواء الزرقاء والخضراء وينقل الأضواء الحمراء والصفراء. تمتص الكاروتينات ضوء الطيف المرئي بين 450 و 8211 500 نانومتر. صيغة الكاروتين هي C40ح56 (كاروتين مركب هيدروكربوني). صيغة Xanthophyll هي C40ح56ا2ن4

السؤال 8.
صف تجربة موهل نصف ورقة. (أبريل ٢٠٠٦)
إجابة:
الهدف: إظهار ذلك CO2 ضروري لعملية التمثيل الضوئي.
الإجراء: يتم وضع نبات محفوظ بوعاء في الظلام لمدة يومين لإزالته تمامًا. في إحدى أوراقها ، يتم تثبيت زجاجة واسعة الفوهة مع فلين مقسوم بحيث يكون نصف الورقة داخل الزجاجة والنصف الآخر خارج الزجاجة. تحتوي الزجاجة على محلول KOH. يتم وضع الإعداد تحت أشعة الشمس لبضع ساعات ، ويتم فصل الأوراق واختبارها بحثًا عن النشا.
النتيجة: يظهر الجزء السفلي باللون الأزرق الداكن والجزء العلوي فاتح اللون.

الاستدلال: CO2 هي واحدة من المواد الخام لعملية التمثيل الضوئي. هناك حاجة لإنتاج الكربوهيدرات. جزء الورقة داخل الزجاجة لا يتلقى ثاني أكسيد الكربون2 وبالتالي يعطي اختبارًا سلبيًا للنشا ، لكن الجزء السفلي الموجود خارج الزجاجة يتلقى ثاني أكسيد الكربون2 ومن ثم يعطي نتيجة إيجابية. معادلة التمثيل الضوئي هي

السؤال 9.
اشرح تثبيت ثاني أكسيد الكربون أثناء C3 مسار.
إجابة:
يسمى تفاعل التمثيل الضوئي الذي لا يتطلب ضوء (مستقل عن الضوء) رد فعل مظلم. يحدث تفاعل مظلم في الجزء السدى من البلاستيدات الخضراء لذلك يسمى تفاعل السدى. ويسمى أيضًا رد فعل بلاكمان. يتأثر التفاعل الداكن بدرجة الحرارة. التفاعلات الكيميائية المختلفة للتفاعل المظلم إنزيمية. تحفز إنزيمات السدى هذه التفاعلات. تحدث التفاعلات الأنزيمية للتفاعل المظلم في شكل دورة وقد درسها ميلفن كالفن وبنسون وباشام في عام 1949.

لذلك يسمى التفاعل المظلم أيضًا دورة كالفين أو دورة كالفين بنسون. استخدموا تقنية التتبع باستخدام C 14 O2 في الطحالب أحادية الخلية Chlorella ووجدت مسارًا لثاني أكسيد الكربون2 في كل خطوة من خطوات التفاعل الكيميائي. يتم استخدام ATP و NADPH لتفاعل الضوء لتثبيت ثاني أكسيد الكربون2 خلال رد الفعل المظلم. الحدث الرئيسي للتفاعل المظلم هو تثبيت ثاني أكسيد الكربون2. لذا فإن التفاعل المظلم يسمى أيضًا ثاني أكسيد الكربون2 دورة التثبيت.

المنتج النهائي لدورة كالفين أو التفاعل الداكن هو سكر الهكسوز (الجلوكوز).
كو2 مركب متقبل: CO2 ينتشر في نسيج الميزوفيل من خلال الثغور ثم إلى سدى البلاستيدات الخضراء. كو2 تم قبوله أولاً بواسطة مركب كربون 5 & # 8211 يسمى Ribulose 1، 5 biphosphate (RUBP). إذن RUBP هو أول أكسيد الكربون2 مركب متقبل أثناء التفاعل المظلم. يتوفر RUBP لأول مرة في شكل RUMP (Ribulose monophosphate).

أول مركب وسيط مستقر للتفاعل المظلم: أثناء التفاعل المظلم ، يكون أول مركب وسيط مستقر هو حمض الفوسفوريك - حمض الإريك وهو مركب كربون 3 & # 8211. لذا فإن التفاعل المظلم الذي درسه كالفين (دورة كالفين) يسمى C3 دورة. النباتات التي تنتج 3 مركبات كربون (حمض الفوسفوجليسيريك & # 8211 PGA) كأول منتج مستقر تسمى C3 النباتات.

الخطوات المختلفة لـ C3 الدورة هي:
(1) الفسفرة: 6 جزيئات من RUMP (Ribulose monophosphate) تتفاعل مع 6 mol-ecules من ATP وتنتج 6 جزيئات من RUBP (Ribulose 1،5 biphosphate) وهو CO2 مركب قابل.

(2) كربوكسيلاتلون: ستة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون2 تتفاعل مع 6 جزيئات من RUBP في وجود إنزيم RUBP carboxylase أوكسيجيناز أو "Rubisco". يتم تحويل RUBP إلى 12 جزيء غير مستقر 6 مركب كربون.

(3) الانقسام (الانقسام): ينقسم 12 مولًا من 6 مركبات كربونية غير مستقرة إلى 12 جزيءًا من 3 مركبات كربون تسمى حمض الفوسفوجليسيريك (PGA). نظرًا لأن PGA (حمض الفوسفوجليسيريك) هو 3 مركبات كربون وهو أول منتج وسيط مستقر لدورة كالفين. إذن فهي C3 دورة.

(4) الفسفرة: يتم فسفرة 12 جزيء من PGA في وجود 12 جزيء ATP إلى 12 جزيئًا من حمض السيريك ثنائي الفوسفوجلي 1،3 & # 8216 (12diPGA)

(5) الاختزال: يتم تقليل 12 جزيئًا من 1.3 حمض ثنائي فسفوجليسيريك لتشكيل 12 جزيئًا من 3 & # 8211 فسفوغلايسيرالدهيد (PG AL) بمقدار 12 جزيء من NADPH ، يتم إنتاجها في تفاعل الضوء.
12 مول ، 1،3-دي PGA + 12 NADPH

(6) استخدام PGALD لتخليق السكر وتجديد RUMP.
(أ) من 12 PGAL ، 5 PGAL متشابه إلى 5 جزيئات من فوسفات ثنائي هيدروكسي أسيتون (DHAP).

(ب) يخضع 3 PGAL للتكثيف مع 3 DHAP لتشكيل 3 جزيئات من 6 مركب كربون 3 فركتوز 1،6 ثنائي فوسفات (3 F.1،6 ثنائي فوسفات)

السؤال 2.
اشرح بنية ATP واكتب ثلاثة أنواع من تخليق ATP.
إجابة:

ثلاثي فوسفات الأدينوزين له ثلاثة مكونات
(أ) الأدينين (قاعدة نيتروجين)
(ب) سكر الريبوز ج) ثلاثة فوسفات غير عضوية.
أدينين + ريبوز ← أدينوزين
الأدينوزين + 3 بي → أدينوسين + ثلاثي الفوسفات
يمكن كتابة ATP كـ A & # 8211 (P)

(ف).
أول فوسفات مرتبط بإستر بالريبوز. السندات ثنائية الأطراف غنية بالطاقة والسندات الأولى فقيرة بالطاقة. يتم تمثيل روابط الفوسفات الغنية بالطاقة بخط مجعد (

) والسندات فقيرة الطاقة بخط مستقيم (-).
يتم تصنيع ATP عن طريق إضافة الفوسفات غير العضوي إلى ADP. هذه العملية
الفسفرة السقفية.
n ADP + n Pi → n ATP.
هناك ثلاثة أنواع مختلفة من الفسفرات.


شاهد الفيديو: Oxidative Phosphorylation - الفسفرة التأكسدية - Biochemistry - تعلم بالعربي (كانون الثاني 2022).