معلومة

5.3: الطاقة - الفسفرة الضوئية - علم الأحياء

5.3: الطاقة - الفسفرة الضوئية - 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.

المصدر: BiochemFFA_5_3.pdf. الكتاب الدراسي بأكمله متاح مجانًا من المؤلفين على http://biochem.science.oregonstate.edu/content/biochemistry-free-and-easy

الفسفرة الضوئية

النوع الثالث من الفسفرة لصنع ATP يوجد فقط في الخلايا التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي. الاختلاف الأساسي هو المصدر النهائي للطاقة لتخليق ATP. في الفسفرة المؤكسدة ، تأتي الطاقة من الإلكترونات التي تنتجها أكسدة الجزيئات البيولوجية. في عملية التمثيل الضوئي ، تأتي الطاقة من ضوء الشمس. تتفاعل الفوتونات القادمة من الشمس مع جزيئات الكلوروفيل في مراكز التفاعل في البلاستيدات الخضراء (الأشكال ( PageIndex {1} ) و ( PageIndex {2} )) للنباتات أو أغشية بكتيريا التمثيل الضوئي.

تشمل أوجه التشابه بين الفسفرة الضوئية والفسفرة المؤكسدة ما يلي:

  • غشاء مرتبط بسلسلة نقل الإلكترون
  • إنشاء التدرج البروتوني
  • حصاد الطاقة من التدرج البروتوني عن طريق صنع ATP بمساعدة سينسيز ATP.

تشمل بعض الاختلافات ما يلي:

  • مصدر الإلكترونات - H2O لعملية التمثيل الضوئي مقابل NADH / FADH2 للفسفرة المؤكسدة
  • اتجاه ضخ البروتون - في الفضاء الثايلاكويد للبلاستيدات الخضراء مقابل خارج مصفوفة الميتوكوندريا
  • حركة البروتونات أثناء تخليق ATP - خارج مساحة الثايلاكويد في عملية التمثيل الضوئي مقابل داخل مصفوفة الميتوكوندريا في الفسفرة المؤكسدة
  • طبيعة متقبل الإلكترون النهائي - NADP + في التمثيل الضوئي مقابل O2 في الفسفرة المؤكسدة.

نقل الإلكترون: البلاستيدات الخضراء مقابل الميتوكوندريا

من بعض النواحي ، تكون حركة الإلكترونات في البلاستيدات الخضراء أثناء عملية التمثيل الضوئي معاكسة لحركة نقل الإلكترون في الميتوكوندريا. في عملية التمثيل الضوئي ، الماء هو مصدر الإلكترونات ووجهتها النهائية هي NADP + لصنع NADPH. في الميتوكوندريا ، NADH / FADH2 هي مصادر إلكترونية و H2O هي وجهتها النهائية. كيف تجعل الأنظمة البيولوجية الإلكترونات تسير في كلا الاتجاهين؟ يبدو أنه يعادل الذهاب من وإلى مكان معين أثناء الانحدار دائمًا ، لأن الإلكترونات ستتحرك وفقًا للجهد.

الطاقة الشمسية

الإجابة هي الطاقة الملتقطة من الفوتونات من الشمس (الشكل 5.59) ، والتي ترفع الإلكترونات إلى طاقة حيث تتحرك "هبوطًا" إلى وجهتها NADPH في مخطط على شكل حرف Z. تتطلب حركة الإلكترونات من خلال هذا المخطط في النباتات طاقة من الفوتونات في مكانين "لرفع" طاقة الإلكترونات بشكل كافٍ.

أخيرًا ، تجدر الإشارة إلى أن عملية التمثيل الضوئي لها في الواقع مرحلتان ، يشار إليهما بدورة الضوء (الموصوفة أعلاه) والدورة المظلمة ، وهي مجموعة من التفاعلات الكيميائية التي تلتقط ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي وتثبته ، في النهاية إلى الجلوكوز . يشار إلى الدورة المظلمة أيضًا باسم دورة كالفن وتتم مناقشتها هنا.

البناء الضوئي

التمثيل الضوئي هو عملية التقاط الطاقة الموجودة في النباتات والكائنات الحية الأخرى لحصاد الطاقة الضوئية وتحويلها إلى طاقة كيميائية. يتم تخزين هذه الطاقة الكيميائية الضوئية في النهاية في الكربوهيدرات التي يتم تصنيعها باستخدام ATP (من حصاد الطاقة) وثاني أكسيد الكربون والماء. في معظم الحالات ، المنتج الثانوي للعملية هو الأكسجين ، الذي يتم إطلاقه من الماء في عملية الالتقاط. يعتبر التمثيل الضوئي مسؤولاً عن معظم الأكسجين في الغلاف الجوي ويوفر المواد العضوية ومعظم الطاقة التي تستخدمها الحياة على الأرض.

خطوات

تختلف خطوات عملية التمثيل الضوئي اختلافًا طفيفًا بين الكائنات الحية. في نظرة عامة واسعة ، يبدأ دائمًا بالتقاط الطاقة من الضوء بواسطة معقدات البروتين ، التي تحتوي على أصباغ الكلوروفيل ، والتي تسمى مراكز التفاعل. تحبس النباتات هذه البروتينات في البلاستيدات الخضراء ، ولكن البكتيريا ، التي لا تحتوي على عضيات ، تقوم بتضمينها في أغشية البلازما الخاصة بها.

تُستخدم الطاقة من الضوء لتجريد الإلكترونات من المتبرعين بالإلكترون (الماء عادةً) وترك منتج ثانوي (الأكسجين ، إذا تم استخدام الماء). يتم التبرع بالإلكترونات إلى الناقل ويتم قبولها في النهاية بواسطة NADP + ، لتصبح NADPH. عندما تنتقل الإلكترونات نحو NADP + ، فإنها تولد تدرجًا بروتونيًا عبر غشاء الثايلاكويد ، والذي يستخدم لدفع تخليق ATP. وبالتالي فإن NADPH و ATP والأكسجين هي نتاج المرحلة الأولى من عملية التمثيل الضوئي التي تسمى تفاعلات الضوء. تُستخدم الطاقة من ATP والإلكترونات من NADPH لتقليل ثاني أكسيد الكربون وبناء السكريات ، والتي تعد مخزن الطاقة النهائي الناشئ مباشرة عن عملية التمثيل الضوئي.

البلاستيدات الخضراء

توجد البلاستيدات الخضراء في جميع الخلايا النباتية الموجودة فوق الأرض تقريبًا ، ولكنها تتركز بشكل أساسي في الأوراق. يتكون الجزء الداخلي من الورقة ، أسفل البشرة ، من نسيج التمثيل الضوئي الذي يُطلق عليه اسم الميزوفيل ، والذي يمكن أن يحتوي على ما يصل إلى 800000 بلاستيدات خضراء لكل مليمتر مربع.

يحتوي غشاء البلاستيدات الخضراء على غشاء فوسفوليبيد داخلي ، وغشاء خارجي فوسفوليبيد ، ومنطقة بينهما تسمى الفضاء بين الغشاء (الشكل 5.61). يوجد داخل غشاء البلاستيدات الخضراء الداخلي السدى ، حيث يوجد DNA البلاستيدات الخضراء وإنزيمات دورة كالفين. أيضا داخل السدى توجد أقراص مسطحة مكدسة تعرف باسم الثايلاكويدات والتي يتم تحديدها بواسطة أغشية الثايلاكويد الخاصة بهم. يطلق على الفضاء داخل أغشية الثايلاكويد مساحات الثايلاكويد أو تجويف الثايلاكويد. توجد مجمعات البروتين التي تحتوي على أصباغ ماصة للضوء ، والمعروفة باسم أنظمة الصور ، على غشاء الثايلاكويد. إلى جانب الكلوروفيل ، توجد أيضًا كاروتين وزانثوفيل ، مما يسمح بامتصاص الطاقة الضوئية على نطاق أوسع. يتم استخدام نفس الأصباغ بواسطة الطحالب الخضراء ونباتات الأرض.

تضيف الطحالب البنية والدياتومات فوكوكسانثين (زانثوفيل) وتضيف الطحالب الحمراء الفيكوريثرين إلى الخليط. في النباتات والطحالب ، يتم الاحتفاظ بالأصباغ في مجمعات أزياء منظمة للغاية تسمى بروتينات الهوائي التي تساعد على تحويل الطاقة ، من خلال نقل طاقة الرنين ، إلى الكلوروفيل في مركز التفاعل. يسمى النظام المنظم بمركب الحصاد الخفيف. توجد أيضًا معقدات نقل الإلكترون لعملية التمثيل الضوئي على أغشية الثايلاكويد.


شكل ( PageIndex {6} ): مجمعات في غشاء الثايلاكويد. الصورة بواسطة Aleia Kim

ردود الفعل الخفيفة لعملية التمثيل الضوئي

في البلاستيدات الخضراء ، تحدث تفاعلات الضوء لعملية التمثيل الضوئي التي تتضمن نقل الإلكترون في أغشية الثايلاكويد (الشكل ( PageIndex {6} )). يشار إلى التفاعلات الكيميائية الحيوية المنفصلة التي تتضمن امتصاص ثاني أكسيد الكربون لإنتاج الجلوكوز بدورة كالفين ، والتي يشار إليها أحيانًا باسم "التفاعلات المظلمة". سيتم مناقشة هذا في مكان آخر في قسم التمثيل الغذائي (هنا).

البلاستيدات الخضراء هي المكان الذي يتم فيه التقاط طاقة الضوء ، وتجريد الإلكترونات من الماء ، وتحرر الأكسجين ، ويحدث نقل الإلكترون ، ويتكون NADPH ، ويتم إنشاء ATP. يتوافق غشاء الثايلاكويد مع الغشاء الداخلي للميتوكوندريون لنقل الإلكترونات وضخ البروتون (الشكل ( فهرس الصفحة {4} )).

يقوم غشاء الثايلاكويد بسحره باستخدام أربعة معقدات بروتينية رئيسية. وتشمل نظام الصور II (PS II) ، ومركب السيتوكروم b6f (Cb6f) ، ونظام الصور الأول (PS I) ، و ATP synthase. تتمثل أدوار هذه المجمعات ، على التوالي ، في التقاط الطاقة الضوئية ، وإنشاء تدرج بروتون من حركة الإلكترون ، والتقاط الطاقة الضوئية (مرة أخرى) ، واستخدام طاقة التدرج البروتوني من العملية الكلية لتجميع ATP.

حصاد خفيف

يبدأ تجميع طاقة الضوء في PS II بامتصاص فوتون من الضوء في مركز التفاعل. يؤدي PS II هذه المهمة بشكل أفضل مع الضوء بطول موجة يبلغ 680 نانومتر ويفقد بسهولة إلكترونًا للإثارة عند حدوث ذلك ، مما يترك PS II بشحنة موجبة. يجب استبدال هذا الإلكترون. المصدر النهائي لاستبدال الإلكترونات هو الماء ، ولكن يجب أن يفقد الماء أربعة إلكترونات ولا يمكن أن يقبل PS II إلا واحدة تلو الأخرى.

مراكز المنغنيز

يحتوي المركب الوسيط المتطور للأكسجين (OEC) على أربعة مراكز منجنيز توفر الإلكترون البديل الفوري الذي يتطلبه PSII. بعد أن تم التبرع بأربعة إلكترونات من قبل OEC إلى PS II ، تستخرج OEC أربعة إلكترونات من جزيئي ماء ، وتحرير الأكسجين وإلقاء أربعة بروتونات في الفضاء الثايلاكويد ، وبالتالي المساهمة في تدرج البروتون. يجب أن ينتقل الإلكترون المثير من PS II إلى ناقل آخر بسرعة كبيرة ، خشية أن يتحلل مرة أخرى إلى حالته الأصلية. يقوم بذلك ، مع إعطاء الإلكترون الخاص به في غضون بيكو ثانية للفيوفيتين (الشكل ( PageIndex {8} )).

يقوم الفوفيتين بتمرير الإلكترون إلى البلاستوكينون المرتبط بالبروتين. يُعرف الأول باسم PQA. يقوم PQA بتسليم الإلكترون إلى بلاستوكينون ثان (PQB) ، والذي ينتظر إلكترونًا ثانيًا ويجمع بروتونين ليصبحا PQH2 ، والمعروف أيضًا باسم plastoquinol (الشكل ( PageIndex {9} )). يقوم PQH2 بتمريرها إلى مجمع السيتوكروم b6f (Cb6f) الذي يستخدم مرور الإلكترونات من خلاله لضخ البروتونات في الفضاء الثايلاكويد. يصنع سينسيز ATP ATP من التدرج اللوني البروتوني الذي تم إنشاؤه بهذه الطريقة. يسقط Cb6f الإلكترون في البلاستوسيانين ، والذي يحتفظ به حتى تبدأ عملية الإثارة التالية بامتصاص فوتون آخر من الضوء عند 700 نانومتر بواسطة PS I.

امتصاص الضوء في PS I

مع امتصاص فوتون من الضوء بواسطة PS I ، تبدأ عملية مشابهة للعملية في PS II. يكتسب PS I شحنة موجبة نتيجة لفقدان إلكترون متحمس ويسحب الإلكترون في البلاستوسيانين بعيدًا عنه. في هذه الأثناء ، يمر الإلكترون المثير من PS I عبر بروتين الحديد والكبريت ، والذي يعطي الإلكترون للفيروكسين (بروتين كبريت حديد آخر). ثم يمرر الفيروكسين الإلكترون إلى آخر بروتين في النظام المعروف باسم فيروكسين: NADP + oxidoreductase ، والذي يعطي الإلكترون والبروتون لـ NADP + ، مكونًا NADPH.

لاحظ أن اختزال NADP + إلى NADPH يتطلب إلكترونين وبروتونًا واحدًا ، لذا فإن أربعة إلكترونات وبروتونين من أكسدة الماء ستنتج جزيئين من NADPH. في هذه المرحلة ، تكتمل دورة الضوء - تم أكسدة الماء ، وتم تكوين ATP ، وتم تصنيع NADPH. شقت الإلكترونات طريقها من الماء إلى NADPH عبر ناقلات في غشاء الثايلاكويد وأطلقت حركتها طاقة كافية لصنع ATP. جاءت الطاقة للعملية بأكملها من أربعة فوتونات ضوئية.

النظامان الضوئيان اللذان يؤديان كل هذا السحر هما معقدات بروتينية متشابهة في الهيكل ووسائل التشغيل. إنها تمتص الفوتونات بكفاءة عالية بحيث عندما تمتص صبغة في مركز التفاعل الضوئي فوتونًا ، يتم إثارة إلكترون من الصباغ وينتقل إلى جزيء آخر على الفور تقريبًا. يسمى هذا التفاعل بفصل الشحنة المستحث بالصور وهو وسيلة فريدة لتحويل الطاقة الضوئية إلى أشكال كيميائية.

الفسفرة الضوئية الحلقية

إلى جانب المسار الموصوف أعلاه لحركة الإلكترونات عبر PS I ، تمتلك النباتات طريقًا بديلًا يمكن أن تسلكه الإلكترونات. فبدلاً من مرور الإلكترونات عبر الفيروكسين لتشكيل NADPH ، فإنها تتخذ مسارًا للخلف عبر معقد b6f الذي يضخ البروتون. هذا النظام ، المسمى بالفسفرة الضوئية الحلقية (الشكل ( PageIndex {8} )) الذي يولد المزيد من ATP وليس NADPH ، يشبه النظام الموجود في بكتيريا الكبريت الأخضر. تسمح قدرة النباتات على التبديل بين الأنظمة الضوئية غير الدورية والدائرية لها بعمل النسبة المناسبة من ATP و NADPH التي تحتاجها لامتصاص الكربون في المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي. تبين أن هذه النسبة هي 3 ATPs إلى 2 NADPHs.


الشكل ( PageIndex {9} ) - نظام الصور الثاني للبكتيريا الزرقاء. ويكيبيديا

الطاقة الضوئية

إن ناتج جزء الفسفرة الضوئية من عملية التمثيل الضوئي (O2 و NADPH و ATP) ، بالطبع ، ليس نهاية عملية التمثيل الضوئي. بالنسبة للنبات المتنامي ، يتم استخدام NADPH و ATP لالتقاط ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي وتحويله (في النهاية) إلى جلوكوز ومركبات كربون مهمة أخرى. يحدث هذا ، كما لوحظ سابقًا ، في دورة كالفن (انظر هنا) فيما يسمى بالمرحلة المظلمة من العملية. الأكسجين الذي يتم تحريره في هذه العملية ضروري لتنفس جميع أشكال الحياة الهوائية على الأرض. في الواقع ، يُعتقد أن كل الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي اليوم هو نتيجة انقسام الماء في عملية التمثيل الضوئي على مدى الدهور العديدة التي كانت موجودة فيها هذه العملية.


الفسفرة الضوئية

الفسفرة الضوئية هي تحويل ADP إلى ATP باستخدام طاقة ضوء الشمس عن طريق تنشيط PSII. يتضمن هذا تقسيم جزيء الماء في الأكسجين وبروتونات الهيدروجين (H +) ، وهي عملية تعرف باسم التحلل الضوئي. بعد ذلك ، يتم إجراء تدفق مستمر أحادي الاتجاه للإلكترون من الماء إلى PSI (الشكل 3.5). تنتقل الإلكترونات تلقائيًا من المتبرع إلى المستقبِل عبر سلسلة نقل الإلكترون ، ويتكون الـ ATP بفعل إنزيم سينسيز ATP. تتكون سلسلة نقل الإلكترون من سلسلة من تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تنتقل بالتتابع لنقل الإلكترونات من جزيء عالي الطاقة (المتبرع) إلى جزيء طاقة أقل (المستقبل). أثناء وظيفة سلسلة نقل الإلكترون ، يتم إنتاج التدرج المحتمل الكهروكيميائي عبر الغشاء عن طريق تدفق البروتونات من السدى إلى فضاء الثايلاكويد ويتم إنشاء هذا التدرج البروتوني كقوة لنشاط سينسيز ATP وبالتالي يتم إنتاج ATP عن طريق الفسفرة.

الشكل 3.5. الفسفرة الضوئية الحلقية وغير الحلقية.


تشكيل ATP بواسطة الفسفرة الضوئية | الطاقة الحيوية

في هذه المقالة سوف نناقش حول عملية تكوين ATP عن طريق الفسفرة الضوئية.

البناء الضوئي: مرحلة الضوء والمرحلة المظلمة:

تجمع الكائنات غير المتجانسة من الوسط الخارجي ، جزيئات عضوية بسيطة نسبيًا يمكن أن تكون بمثابة هياكل عظمية تحتوي على الكربون لتركيباتها أو كمصدر للطاقة (ATP) عندما تتأكسد أثناء تفاعلات التنفس الميتوكوندريا وفقًا للتفاعل العام:

يتم تصنيع هذه الجزيئات العضوية في النهاية بأغلبية كبيرة عن طريق الكائنات ذاتية التغذية الضوئية. تحتوي النباتات العليا ومعظم الطحالب على هياكل وبلاستيدات خضراء ومعدات إنزيمية تمكنها من استخدام الطاقة الضوئية لأداء توليف السكريات البسيطة من ثاني أكسيد الكربون2 و ح2O وفقًا لتفاعل التمثيل الضوئي العام:

أظهرت التجارب مع الماء المحتوي على النظير 18 O أن الأكسجين المنطلق ينشأ من انقسام الماء. لذلك يبدو أنه في النباتات العليا ، تستخدم تفاعلات التمثيل الضوئي الطاقة الضوئية لاستخراج ذرات الهيدروجين من الماء أثناء إطلاق الأكسجين ونقلها إلى ثاني أكسيد الكربون.2 من أجل تشكيل منتجات تحتوي على الكربون المختزل.

هذا يدل على الاختلاف مع التنفس حيث على العكس من ذلك ، تتأكسد مختلف الركائز المختزلة في ثاني أكسيد الكربون2، مما ينتج عنه ذرات الهيدروجين التي تتحد مع الأكسجين لتكوين الماء بينما يتم تحرير الطاقة (ATP).

تقليل التمثيل الضوئي لثاني أكسيد الكربون2 يتضمن نظامًا معقدًا من التفاعلات التي يمكن تجميعها في مرحلتين رئيسيتين:

1. مرحلة الضوء التي يتم فيها تحويل الطاقة الضوئية التي يمتصها الكلوروفيل إلى طاقة كيميائية يمكن استخدامها بواسطة الخلية والتي يتم خلالها تكوين ATP و NADPH

2. المرحلة المظلمة التي تشكل فيها ثاني أكسيد الكربون بفضل ATP و NADPH2 إلى سكريات بسيطة خلال دورة من التفاعلات الأنزيمية تسمى دورة كالفين. لفهم هذه التفاعلات بشكل صحيح ، يحتاج المرء إلى معرفة جيدة بعملية التمثيل الغذائي للكربوهيدرات ، وهذا هو سبب دراستنا لها (انظر الشكل 4-45).

بعد تصنيعها في البلاستيدات الخضراء ، يتم تصدير هذه السكريات البسيطة إلى السيتوبلازم حيث ستلعب دورًا مكافئًا لدور الجزيئات العضوية التي تم جمعها من الوسط الخارجي بواسطة الكائنات غيرية التغذية.

سوف يدخلون في عملية التمثيل الغذائي الخلوي وسيتم تحويلهم من خلال سلاسل التفاعل الابتنائية إلى جزيئات متنوعة. سوف تتأكسد تلك الجزيئات التي ستتحلل من خلال سلاسل التفاعل التقويضي إلى ثاني أكسيد الكربون2 و ح2O في الميتوكوندريا عن طريق آليات التنفس ، مع تكوين ATP اللازمة للأنشطة الخلوية المختلفة.

في الخلايا النباتية ، تتعايش البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا وتحدث تفاعلات التمثيل الضوئي في وقت واحد والتي تستهلك الطاقة الضوئية وتفاعلات التحلل التنفسي التي تحرر الطاقة التي تستخدمها الخلية (ATP) ، بنسب متفاوتة اعتمادًا على الظروف الخارجية (الضوء ، درجة الحرارة ، الرطوبة إلخ.).

البلاستيدات الخضراء والكلوروفيل:

تحدث جميع تفاعلات التمثيل الضوئي في النباتات العليا والطحالب حقيقية النواة في البلاستيدات الخضراء ، وهي عضيات تقدم العديد من أوجه التشابه الهيكلية والوظيفية مع الميتوكوندريا ، وكلاهما يؤدي الوظائف النشطة للخلية. يختلف عدد البلاستيدات الخضراء لكل خلية من واحد (في بعض الطحالب) إلى حوالي عشرة (في النباتات العليا) وحجمها حوالي 10 ميكرومتر.

مثل الميتوكوندريا ، فهي محاطة بغشاء يتكون من غشاءين: الغشاء الخارجي ، شديد النفاذية للأيونات والجزيئات الصغيرة والغشاء الداخلي ، غير منفذ ، وفيه تقوم العديد من بروتينات النقل بالتبادل مع السيتوبلازم.

وبالتالي ، فإن المقصورة البلاستيكية الخضراء التي تم تحديدها تحتوي على السدى ، والتي تشبه مصفوفة الميتوكوندريا. يتكون من خليط غير منظم من الجزيئات القابلة للذوبان بما في ذلك إنزيمات دورة كالفين ، وعدة نسخ من الكروموسوم البلاستيكي الأخضر وكذلك أنظمة النسخ والنسخ والترجمة لهذه المعلومات الجينية.

يحتوي الفضاء البلاستيكي الأخضر أيضًا على نظام مهم من الأغشية ، على غرار قمم الميتوكوندريا. هذه الأغشية ، التي تسمى ثايلاكويدات ، غنية جدًا بالجلاكتوليبيد ، تشكل حويصلات مفلطحة ومتداخلة وغير متصلة مرتبة في كومة لتشكيل الجرانا. تحدث الخطوات الأساسية لعملية التمثيل الضوئي المقابلة لتفاعلات الضوء في الثايلاكويدات.

أنها تحتوي على العديد من التجميعات متعددة الجزيئات تتكون من البروتينات ، والكلوروفيل ، والسيتوكرومات ، والكينون & # 8230 (انظر الشكل 3-15) والتي تؤدي إلى تفاعلات امتصاص الطاقة الضوئية ، والتحويل الكيميائي الضوئي ، ونقل الإلكترون مع تكوين ATP و NADPH.

الكلوروفيل هي الصبغات المميزة لجميع الكائنات الحية الضوئية. الكلوروفيل أ والكلوروفيل ب الموجودان في كل البلاستيدات الخضراء للنباتات العليا والعديد من الطحالب متشابهة جدًا في التركيب (انظر الشكل 3-13). يحتوي كلاهما على حلقة رباعي بيرول تشبه حلقة الهيم (انظر الشكل 1-29) ولكن مع ذرة مغنيسيوم.

تضفي سلسلة جانبية طويلة من مادة الهيدروكربونات على هذه الجزيئات صفة قابلة للذوبان في الدهون تمكنها من إنشاء روابط كارهة للماء مع بعض البروتينات الجوهرية للثيلاكويدات لتشكيل بروتينات الكلوروفيل وشيبليكس. ومع ذلك ، يحتوي الكلوروفيل ب على مجموعة فورميل على الكربون لإحدى حلقات البيرول بدلاً من مجموعة الميثيل الموجودة على الكلوروفيل أ.

يرجع لون الكلوروفيل إلى تركيبتها التي تمكنها من امتصاص الضوء عند بعض الأطوال الموجية وفقًا للآليات الموضحة في الفقرة التالية. تظهر القمتان بالقرب من 430 نانومتر و 680 نانومتر المرئيتين على طيف الامتصاص (الخط الصلب في الشكل 3-14) أن الكلوروفيل أ يمتص الضوء في المنطقتين البنفسجي والأزرق والأحمر على التوالي. لذلك فإن لونه الأخضر يتوافق مع جزء الطيف الذي لم يتم امتصاصه وبالتالي يتم نقله أو انعكاسه.

يتطابق طيف امتصاص الكلوروفيل أ جيدًا إلى حد ما مع طيف عمل التمثيل الضوئي ، أي مع المنحنى الذي يمثل كفاءة التمثيل الضوئي كدالة للأطوال الموجية (الخط المنقط في الشكل 3-14). لذلك يظهر الكلوروفيل أ ، على الأقل في النباتات والطحالب العليا ، باعتباره الصباغ الرئيسي المسؤول عن تفاعلات التمثيل الضوئي.

ومع ذلك ، تشارك أصباغ أخرى ، جنبًا إلى جنب مع الكلوروفيل أ ، في عملية جمع الفوتونات: الكلوروفيل ب في النباتات العليا والطحالب الخضراء ، والكلوروفيل ج والكاروتينات في الطحالب البنية ، والفيكوسيانين والفيكويريثرين في الطحالب الزرقاء والحمراء. هذه الأصباغ الملحقة ، مثل الكلوروفيل ، المرتبطة ببروتينات الثايلاكويدات تسمح بجمع الفوتونات في مناطق من الطيف لا يمتصها الكلوروفيل أ.

امتصاص الضوء بالكلوروفيل:

إن خصائص الضوء والمادة تجعل التفاعلات بين الاثنين.

يتوافق الضوء مع الجزء المحدود جدًا من طيف الإشعاع الكهرومغناطيسي والإشعاعات اللامعة ، بين 400 نانومتر (أزرق) و 700 نانومتر (أحمر) ، والتي تكون أعيننا حساسة لها. تتوافق المناطق الهامشية مع الأشعة فوق البنفسجية (& lt 400 نانومتر) والأشعة تحت الحمراء (& gt700 نانومتر).

يتكون الضوء من تدفق الفوتونات وهي جسيمات مشحونة بكمية محددة من الطاقة تسمى كمية الطاقة. تتناسب طاقة الفوتونات عكسيًا مع طولها الموجي ، وبالتالي تتناقص من النهاية البنفسجية إلى النهاية الحمراء للطيف.

تتكون المادة من نوى محاطة بإلكترونات موضوعة على مدارات ، من طاقة تحددها المسافة التي تفصلها عن النواة. يمكن إزاحة هذه الإلكترونات بواسطة طاقة الفوتون الممتص. وهكذا ، عندما يصطدم شعاع ضوئي بسطح السيلينيوم ، يمكن لطاقة الفوتونات أن تستخرج من الأخير عددًا من الإلكترونات التي تزداد مع زيادة شدة الضوء (مبدأ الخلية الكهروضوئية).

في حالة الجزيئات الملونة والكلوروفيل على وجه الخصوص ، يمكن لطاقة الفوتون الممتص أن تحول الإلكترون من مداره الأولي إلى مدار ذي طاقة أعلى ، بعيدًا عن النواة. وبالتالي فإن طاقة الفوتون الممتص تتحول إلى طاقة من الإثارة الإلكترونية.

ومع ذلك ، سيتم فقط امتصاص تلك الفوتونات التي تساوي طاقتها فرق الطاقة بين المدارين الآخرين ، والتي تتوافق مع الأطوال الموجية غير الممتصة ، ستنعكس أو تنتقل ، مما يمنح لونها المميز للجزيئات المعرضة للضوء الأبيض.

في حالة ذرات السيلينيوم ، تكون طاقة الفوتونات كافية للتخلص من جاذبية النواة ، وهي الإلكترونات التي يمكنها بعد ذلك توليد تيار كهربائي. في حالة الجزيئات الملونة ، تكون الحالة المثارة للإلكترون التي غيّرت مداره تحت اندفاع الفوتون غير مستقرة للغاية.

في معظم الحالات ، يعود الإلكترون النازح إلى مداره الأصلي (يعود إلى الحالة الأساسية) محررًا الطاقة المخزنة في شكل حرارة أو مضان (انبعاث فوتونات).

في بعض الحالات ، يمكن نقل هذه الحالة المثارة بالرنين إلى جزيء متطابق مجاور يتم تحفيزه بدوره. في بعض الأحيان ، يمكن تحويل الإلكترون المثير إلى جزيء آخر ذي طبيعة مختلفة ، وهذا التفاعل والتفاعل الذي ينتج عنه جزيء مؤكسد (فقدان الإلكترون) والجزيء المختزل (اكتساب الإلكترون) هو تفاعل كيميائي ضوئي.

مراكز التفاعل ومجمعات الهوائيات:

وبالتالي ، فإن الحالة المثارة لجزيء الكلوروفيل ، الناتجة عن امتصاص الفوتون ، غير مستقرة للغاية. في المختبر ، يعود الإلكترون النازح إلى مداره الأولي ، محررًا الطاقة الكامنة في شكل حرارة أو مضان. في الجسم الحي ، يمكن لهذا الإلكترون ، على العكس من ذلك ، أن ينتقل إلى جزيء مجاور وينتج فيه طاقة مختزلة تستخدمها الخلية.

يحدث هذا التفاعل الكيميائي الضوئي في مراكز التفاعل حيث يرتبط جزيء الكلوروفيل المتبرع بالإلكترون الأولي ارتباطًا وثيقًا بجزيء متقبل الإلكترون الأولي. سلسلة من تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تتضمن سلاسل من ناقلات الإلكترون تشبه إلى حد بعيد تلك المتورطة في سلاسل الجهاز التنفسي للميتوكوندريا ، ثم تسمح بتدفق هذا الإلكترون نحو متقبل طرفي والذي يكون بعد ذلك في شكل مخفض.

لكن معدل امتصاص الفوتون بواسطة جزيء الكلوروفيل ، حتى في ضوء الشمس الساطع ، أقل من أن ينتج تدفقًا ملموسًا للإلكترونات. من ناحية أخرى ، أظهرت الدراسات التفصيلية أن نسبة صغيرة جدًا من الكلوروفيل (حوالي 1/200) تشارك في التحويل الكيميائي الضوئي.

يتم تنظيم الغالبية العظمى من الكلوروفيل في معقدات هوائيات تشتمل على حوالي 200 جزيء من الكلوروفيل وكل منها مرتبط بمركز تفاعل. تتمثل الوظيفة الفريدة لمجمعات الهوائيات هذه في امتصاص عمليات نقل الطاقة الضوئية بالرنين بين جزيئات الكلوروفيل ثم توجيه طاقة الإثارة نحو مراكز التفاعل التي يتضاعف نشاطها الكيميائي الضوئي بنحو 200.

تكون تفاعلات نقل الطاقة والتحويل الضوئي الكيميائي سريعة للغاية (بضع نانو ثانية) وتتطلب تنظيمًا هيكليًا دقيقًا للغاية. يتم تحقيق هذا الشرط الأساسي من خلال ارتباط الجزيئات المعنية (الكلوروفيل ، المستقبلات الأولية & # 8230) ببروتينات مختلفة منظمة نفسها في هياكل مستقرة متعددة الجزيئات (انظر الشكل 3-16).

5. نقل الإلكترون والفسفرة الضوئية:

لقد رأينا في ما سبق ، أنه في الخلية النباتية ، يمكن للإلكترونات & # 8220 excited & # 8221 ترك جزيئات الكلوروفيل مفعلة بالضوء ليأخذها نظام حامل الإلكترون. في الواقع ، يبدو أن الإلكترونات التي تمت إزالتها من الكلوروفيل أ للمركز التفاعلي يمكن أن تأخذ مسارين مختلفين يؤدي أحدهما إلى تخليق ATP والآخر إلى تكوين ATP و NADPH.

سوف ندرس هذين الاحتمالين ونرى كيف - في كل حالة - يمكن حل مشكلة تجديد الكلوروفيل أ. لم تُعرف بعد جميع آليات التمثيل الضوئي بدقة ، فنحن نقدم هنا مخططًا مبسطًا يأخذ في الاعتبار العمليات التي يبدو أنها الأكثر احتمالية في الوقت الحالي.

نحن نعلم أنه في النباتات الخضراء ، يشارك الكلوروفيل في نظامين حساسين للضوء يلعبان دورًا في تفاعلين كيميائيين ضوئيين مختلفين: النظام الضوئي الأول (PS I) والنظام الضوئي II (PS II).

أ. فسفورات ضوئية غير دورية مع تكوين ATP و NADPH:

في هذا المسار الرئيسي ، يتم دفع الإلكترونات التي تمت إزالتها من الكلوروفيل للمركز التفاعلي بواسطة سلسلة من الموجات الحاملة نحو متقبل طرفي NADP + والذي يتم تقليله إلى NADPH. يعود الكلوروفيل للمركز التفاعلي إلى الحالة الأساسية عن طريق جمع إلكترون من مانح نهائي لـ AH والذي يتأكسد بالتالي

ولكن في حالة النباتات العليا ، حيث يكون هذا المتبرع هو الماء ، فإن طاقة الفوتونين ، التي يتم تحويلها من خلال تفاعلين ضوئيين كيميائيين متتاليين يقعان في نظامي الصور ، ضرورية لإزاحة الإلكترون حتى NADP +.

في النظام الضوئي الثاني ، يتم نقل الطاقة الضوئية التي تمتصها الكلوروفيل في هوائي المجمع (الكلوروفيل أ و ب) إلى الكلوروفيل في المراكز التفاعلية (P 680) حيث يحدث أول تفاعل كيميائي ضوئي ويسمح بتحويل الإلكترون إلى متقبل أولي (فيوفيتين) ثم إلى الكينونات QA و QB.

تحرر الأكسدة المتتالية للماء إلكترونًا يسمح بتجديد الكلوروفيل للمركز التفاعلي عبر ناقل وسيط يحتوي على المنغنيز (انظر الشكل 3-15). ترتبط هذه العناصر المختلفة ببروتينات مختلفة منظمة في النوع الأول من المركب متعدد الجزيئات (انظر الشكل 3-16).

يتم بعد ذلك نقل الإلكترونات المنقولة إلى QB بواسطة مجموعة من البلاستوكينونات الحرة (PQ) في الطور الدهني للثايلاكويدات إلى نوع ثانٍ من معقد البروتين الغشائي الذي يحتوي على السيتوكرومات ب6و f وبروتين الحديد-سول والشيفور. الطاقة المحررة أثناء هذا النقل تؤسس تدرجًا غشائيًا وعابرًا للبروتونات والتي سيتم استخدامها لتخليق ATP (انظر الفقرة 6) بواسطة مركب بروتين آخر مكون ATP synthetase (انظر الشكل 3-16).

في النظام الضوئي الأول ، تسمح الطاقة الضوئية التي يمتصها الهوائي (معظمها الكلوروفيل أ) ، في سياق تفاعل كيميائي ضوئي ثان ، بإزاحة إلكترون من الكلوروفيل للمركز التفاعلي (P 700) إلى متقبل أولي X غير معروف الطبيعة ، ثم إلى بروتين آخر من الحديد والكبريت. يتم تنظيم هذه المركبات في نوع رابع من معقد البروتين الغشائي (انظر الشكل 3-16).

يتم بعد ذلك نقل الإلكترونات إلى NADP + عبر ferroxin (Fd) و ferroxin NADP reductase (FNR). يتم تجديد الكلوروفيل للمركز التفاعلي (انظر الشكل 3-15) من خلال الإلكترون الناشئ من النظام الضوئي الثاني ، بدءًا من السيتوكروم F عبر البلاستوسيانين (الكمبيوتر). في التوازن الكلي ، تسمح طاقة الفوتونات الممتصة ، والتي تحولت بواسطة هذين التفاعلين الكيميائيين الضوئيين المتسلسلين ، بتكوين وتغيير قوة الاختزال (NADPH) من الإلكترونات التي تمت إزالتها من الماء وتخليق ATP.

الفسفرة الحلقية وتشكيل ATP فقط:

لم تُفهم أهمية هذه التفاعلات تمامًا حتى الآن ، لأنها تتضمن فقط نظام ضوئي 1. إن تجاورها مع الفسفرة غير الدورية ، مما يؤدي إلى تكوين ATP وحده ، ربما يضبط نسبة ATP / NADPH لمتطلبات البلاستيدات الخضراء. يتم نقل الإلكترونات التي تم إزاحتها عن طريق التفاعلات الكيميائية الضوئية ، كما في الحالة السابقة ، إلى مادة الفيروكسين.

ولكن بدلاً من أن يتم توجيههم نحو NADP + ، فإنهم يتراجعون عن السيتوكروم ب6 من السيتوكروم المعقد F، ب6وبروتين الحديد والكبريت. بمشاركة البلاستوكينونات ، يقومون بإنشاء تدرج غشائي للبروتونات المستخدمة في تخليق ATP.

ثم تنضم الإلكترونات ، عبر البلاستوسيانين ، إلى الكلوروفيل P 700 للمركز التفاعلي الذي يتجدد بالتالي. في هذه الحالة ، تؤدي طاقة الفوتونات الممتصة إلى تدفق دوري للإلكترونات يسمح فقط بتركيب الـ ATP.

في الختام ، يتضمن التنفس وكذلك التمثيل الضوئي حركات الإلكترونات في أغشية متخصصة. في الميتوكوندريا ، تنشأ هذه الإلكترونات من ركائز عضوية مختلفة تخضع لتأثير نازعات الهيدروجين المقابلة بينما في البلاستيدات الخضراء ، تتم إزالتها من الكلوروفيل بواسطة طاقة الضوء ، في الميتوكوندريا ، تصل الإلكترونات أخيرًا إلى الأكسجين ، والذي يؤدي اختزاله إلى تكوين الماء في البلاستيدات الخضراء ، يمكن للإلكترونات إما أن تسمح بتقليل NADP + ، أو العودة إلى الكلوروفيل والسماح باستعادة حالتها الأساسية.

كما هو الحال في الميتوكوندريا ، فإن تدفق الإلكترونات على طول سلسلة الناقلات يجعل من الممكن تخزين جزء من الطاقة في شكل تدرج غشائي من البروتونات المستخدمة في تكوين ATP. يختلف مصدر هذه الطاقة فقط في الميتوكوندريا ، إنها الطاقة الكيميائية لمختلف الركائز العضوية ، بينما في البلاستيدات الخضراء ، إنها الطاقة الضوئية للفوتونات الممتصة.

أخيرًا ، يجب الإشارة إلى أن كائنات التمثيل الضوئي (النباتات الخضراء ، الكائنات الحية الدقيقة وما إلى ذلك) تمتلك أنظمة ترحيل من سلاسل الجهاز التنفسي لتشكيل ATP من خلال الفسفرة المؤكسدة في غياب الضوء. وبالتالي ، تحتوي النباتات على الميتوكوندريا بالإضافة إلى البلاستيدات الخضراء.

C. Bacteriorhodopsin و Photophosphorylation:

الكلوروفيل ليست الجزيئات الوحيدة الحساسة للضوء التي يمكنها جمع طاقة الفوتونات واستخدامها لتكوين المواد المختزلة و ATP لغرض التوليف. تقوم بعض البكتيريا بعملية التمثيل الضوئي الخاصة بها بفضل وجود بكتيريورودوبسين ، وهو بروتين مرتبط بالشبكية (آلية الأغشية الأرجوانية للهالوباكتيريوم هالوبيوم).


التاريخ التطوري المشترك لجميع كائنات التمثيل الضوئي واضح ، حيث أن العملية الأساسية لم تتغير إلا قليلاً على مر العصور. Even between the giant tropical leaves in the rainforest and tiny cyanobacteria, the process and components of photosynthesis that use water as an electron donor remain largely the same. Photosystems function to absorb light and use electron transport chains to convert energy. The Calvin cycle reactions assemble carbohydrate molecules with this energy.

However, as with all biochemical pathways, a variety of conditions leads to varied adaptations that affect the basic pattern. Photosynthesis in dry-climate plants (Figure 5.16) has evolved with adaptations that conserve water. In the harsh dry heat, every drop of water and precious energy must be used to survive. Two adaptations have evolved in such plants. In one form, a more efficient use of CO2 allows plants to photosynthesize even when CO2 is in short supply, as when the stomata are closed on hot days. The other adaptation performs preliminary reactions of the Calvin cycle at night, because opening the stomata at this time conserves water due to cooler temperatures. In addition, this adaptation has allowed plants to carry out low levels of photosynthesis without opening stomata at all, an extreme mechanism to face extremely dry periods.

Figure 5.16 Living in the harsh conditions of the desert has led plants like this cactus to evolve variations in reactions outside the Calvin cycle. These variations increase efficiency and help conserve water and energy. (credit: Piotr Wojtkowski)


Nutrient Cycle

دورات المغذيات

All nutrient cycles have once sequence:

  • Nutrient is taken up by producers as simple, inorganic molecules.
  • Producer incorporates nutrient into complex organic molecules.
  • When the producer is eaten, the nutrient passes into consumers.
  • Nutrient then passes onto secondary, tertiary or quaternary consumers.
  • When the producers and consumers die, their complex molecules are broken down by decomposers that release the nutrient in its original simple form.


3.5.3 Energy Flow - 1 (Ecosystems)

SSER Ltd. was founded by Rob George and produces innovative products which contain powerful imagery, animation and interaction . Our resources are used in thousands of UK schools/colleges and many international schools.

شارك هذا

PNG, 99.53 KB PNG, 102.55 KB PNG, 76.07 KB PNG, 103.48 KB PNG, 445.67 KB PNG, 878.21 KB PNG, 605.78 KB PNG, 230.75 KB PNG, 1.09 MB PNG, 21.68 KB PNG, 476.49 KB PNG, 105.37 KB PNG, 357.52 KB PNG, 303.47 KB PNG, 273.16 KB PNG, 257.37 KB PNG, 86.85 KB PNG, 171.49 KB PNG, 258.41 KB PNG, 97.06 KB PNG, 95.71 KB PNG, 125.8 KB PNG, 130.67 KB PNG, 87.76 KB PNG, 84.8 KB PNG, 82.25 KB PNG, 82.54 KB PNG, 170.04 KB PNG, 197.16 KB PNG, 503 KB PNG, 505.82 KB PNG, 520.96 KB PNG, 203.25 KB PNG, 956.12 KB PNG, 50.73 KB PNG, 76.86 KB PNG, 95.23 KB PNG, 452.95 KB PNG, 371.22 KB PNG, 423.61 KB PNG, 620.39 KB PNG, 399.16 KB PNG, 52.23 KB pptx, 28.07 MB

One of over 60 PowerPoint presentations (Sets 7 - 12) which together cover the new Year 2 A Level topics for AQA, OCR, Edexcel, WJEC and other exam boards.

• Utilizes the benefits of the staged display of information.
• Suitable for a single computer, network, interactive whiteboard or digital projector.
• Fully editable in PowerPoint (.pptx file supplied).
• Works on all operating systems where MS PowerPoint has been installed, e.g. Windows, Mac OS, iOS and Android (this presentation is flash-free).
• Our presentations save you hours in the preparation of high quality lessons.
• To preview at least 12 complete presentations or for a Site/VLE licence please visit www.sserltd.co.uk/acatalog/AQA_A2_Modules2015.html

Currently, the TES store for Premium Resources only allows a PowerPoint preview to consist of one content slide plus the Cover Slide and End Slide. Therefore, we have included a full set of slide images (.png files) to allow you to appreciate the full content of this presentation - you do not need to retain these images after download - just keep the .pptx file.

المراجعات

تقييمك مطلوب ليعكس سعادتك.

من الجيد ترك بعض التعليقات.

هناك شئ خاطئ، يرجى المحاولة فى وقت لاحق.

لم يتم مراجعة هذا المورد حتى الآن

لضمان جودة مراجعاتنا ، يمكن فقط للعملاء الذين اشتروا هذا المورد مراجعته

أبلغ عن هذا المورد لإعلامنا إذا كان ينتهك الشروط والأحكام الخاصة بنا.
سيقوم فريق خدمة العملاء لدينا بمراجعة تقريرك وسيتواصل معك.


3.5.3 Energy and ecosystems

The ultimate source of all energy within an ecosystem is the sun. We have seen in 3.5.1 how plants absorb light energy and CO2 and turn it into biomass (well, they turn it into glucose which they then turn into biomass). The rest of the sugars synthesised are used by the plant as respiratory substrates (glucose is a substrate of respiration).

الكتلة الحيوية
Biomass is the total mass of living material in a specific area at a given time. The presence of varying amounts of water male fresh biomass unreliable - when comparing biomass, dry biomass should be used. However, because obtaining dry biomass requires killing the organism only small sample is used and this is hardly representative. Biomass is measured using dry mass per given area in a given time. The unit is g m -2 where an area is being measured and gm -3 where a volume is being measured. You can measure the chemical energy store of dry mass using calorimetry:

  1. A dry sample is weighed and burnt in pure oxygen in a sealed chamber known as a bomb
  2. The bomb is surrounded by a water bath
  3. The heat of combustion causes a small temperature rise in this water
  4. We know how much energy is required to raise the temperature of 1g of water by 1°, we can calculate the energy released from the mass of burnt biomass (in kJ kg -1 )
  • Over 90% of the Sun's energy is reflected back into space by clouds/dust or it is absorbed by the atmosphere
  • not all wavelengths of light can be absorbed/used for photosynthesis (the best are 640-700nm wavelengths of light)
  • light simply may not fall on a chlorophyll molecule
  • there may be a limiting factor on the rate of photosynthesis.


This net primary production is then available for plant growth, but also to other trophic levels if they eat the plant. Usually, around 10% of the available energy is used in growth by primary consumers, secondary and tertiary consumers use around 20% of the available energy. This is because:

  • Some parts of the organism is not consumed (e.g roots)
  • Some parts cannot be digested so are lost in faeces (e.g we can't digest sweetcorn)
  • Some energy is lost in excretory materials (e.g urine)
  • Some energy lost as heat from respiration --> lost to the environment


Farming practices
As we can see from above, energy transfer along the food chain is pretty dismal. Farming practices are designed to increase yields (the amount of harvest) by increasing the efficiency of energy transfer along the food chains which produce our food.

Any practice that reduces the respiratory loses (energy lost as heat when respiring) will increase the yield in a human food chain. One practice that achieves that is the intensive rearing of domestic livestock. Energy conversion can be made efficient by ensuring that as much energy as possible from respiration goes into growth rather than other activities. This can be achieved by:


The Light-Dependent Reaction

The light dependent reaction of photosynthesis involves the capture of light whose energy is used for two purposes:

  • To add an inorganic phosphate molecule to ADP thereby making ATP
  • To split water by the process of photolysis, into H+ ions and OH- ions

The reaction needs light energy.
It takes place in the thylakoid of the chloroplasts.
The light dependent reaction is useful for making three things:

1. Making ATP from ADP and inorganic phosphate

2. Making reduced NADP from NADP

3. Splitting water into protons, electrons and oxygen

The Making of ATP

1. When a chlorophyll molecule absorbs light energy, it excites the electrons, raising them to higher energy level

2. The electrons become so energetic that they leave the chlorophyll molecule altogether

3. The electrons that leave the chlorophyll are taken up by a molecule called an electron carrier

4. Having lost a pair of electrons, the chlorophyll molecule has been oxidised

5. The electron carrier, which has gained electrons, has been reduced

6. The electrons are now passed along a number of electron carriers in a series of oxidationreduction reactions

7. These electron carriers form a transfer chain that is located in the membranes of the thylakoids

8. Each new carrier chain is at a slightly higher energy level than the previous one in the chain, and so the electrons lose energy at each stage

9. This energy is used to combine an inorganic phosphate molecule with an ADP molecule in order to make ATP

Photolysis of Water

1. The loss of electrons when light strikes a chlorophyll molecule leaves it short of electron

2. If the chlorophyll molecule is to continue absorbing light energy, these electrons must be replaced

3. The replacement electrons are provided from water molecules that are split using light energy

4. This photolysis of water also yields hydrogen ions

5. These hydrogen ions are taken up by an electron carrier called NADP

6. On taking up the hydrogen ions, the NADP becomes reduced

7. The reduced NADP then enters the light-independent reaction along with the electrons from the chlorophyll molecules

8. The reduced NADP is important because it is a further potential source of chemical energy to the plant

9. The oxygen by-product from the photolysis of water is either used in respiration or diffuses out of the leaf as a waste product of photosynthesis

1. Light energy hits photosystem 2 This light energy excites the electrons and causes the chlorophyll to lose electrons These electrons must be replaced Light energy also causes water to split into protons, electrons and oxygen The electrons from photolysis are used to replace the electrons lost from the chlorophyll

2. The excited electron that has come from the chlorophyll has a raised energy level The electron is captured by an electron acceptor and enters an electron chain

3. The electron enters an electron chain where it passes through a series of redox reactions It’s energy level begins to fall The electron carriers are located in the membranes of the thylakoids

4. The energy lost from the electrons as they pass down the electron carrier is used to produce ATP ADP is combined with Pi Energy is required for this process This ATP synthesis is called photophosphorylation The ATP is then used as a source of energy in the Calvin Cycle

5. A second chlorophyll molecule (photosystem 2) also loses an electron when it receives light energy The electron from the transport chain is used to replace this lost electron

6. The electron lost from the photosystem 1 gains energy and is received by an electron acceptor

7. The electron enters a second electron chain

8. At the end of the second electron chain, an enzyme called NADP+ reductase transfers the electrons to NADP+ A proton from photolysis is added to NADP+ Reduced NADP is produced Reduced NADP is also used along with ATP as a source of chemical energy It enters the Calvin cycle

Chemiosmosis is the name of the process where the movement of H+ ions across a membrane generates ATP – this also occurs in respiration.
The excited electrons lose energy as they move along the electron transport chain.
This energy is used to transport protons into the thylakoid so that the thylakoid has a higher concentration of protons than the stroma.
This forms a proton gradient across the membrane.
Protons move down their concentration gradient, into the stroma via an enzyme ATP synthase.
The energy from this movement combines ADP and Pi to form ATP.

The products of the light-dependent reaction of photosynthesis, ATP and reduced NADP are used to reduce carbon dioxide in the second stage of photosynthesis.
The light-independent reaction takes place in the stroma of the chloroplasts.
The reaction is also called the Calvin cycle.

1. Carbon dioxide from the atmosphere diffuses into the leaf through stomata and diffuses into the stomata and dissolves in water around the walls of the mesophyll cells It then diffuses through the plasma membrane, cytoplasm and chloroplast membranes into the stroma of the chloroplast

2. In the stroma, carbon dioxide combines with the five carbon compound ribulose biphosphate RuBP using an enzyme

3. The combination of carbon dioxide and RuBP produces a 6-carbon compound which is unstable and breaks down into two molecules of the 3-carbon compound glycerate 3-phosphate GP

4. ATP and reduced NADP from the light dependent reaction are used to reduce the activated GP to triose phosphate TP

5. The NADP is re-formed and goes back to the light dependent reaction to be reduced again by adding more hydrogen

6. Some triose phosphate molecules are converted to useful organic substances such as glucose

7. Most triose phosphate molecules are used to regenerate RuBP using ATP produced from the lightdependent reaction

Products of the Calvin Cycle

The Calvin cycle is the starting point for making all the organic substance a plant needs.

Triose phosphate TP and glycerate 3-phosphate GP molecules are used to make carbohydrates, lipids and proteins.
الكربوهيدرات


شاهد الفيديو: الحادي عشر علمي الأحياء الميتوكندريا وأصولها 1 تركيب الميتوكندريا 1 (أغسطس 2022).