ميكانيكية التمثيل الضوئي

ميكانيكية التمثيل الضوئي

منذ أن بدأ الإنسان يعي أهمية التمثيل الضوئي بدأ في وضع النظريات التي تشرح ميكانيكية التمثيل الضوئي ومحاولة اثبات صحة هذه النظريات .
وقد كانت نظرية الفورمالدهيد هي أولى النظريات التي اقترحت في هذا المجال ، وتفترض أنه على سطح البلاستيدات الخضراء وفي وجود الضوء يتم اختزال جزيء ثاني أكسيد الكربون إلى جزيء أو أكسيد الكربون مع انطلاق ذرة أكسجين .
ثم في خطوة تالية يتفاعل جزيء أكسجين الملتصق بالبلاستيدة مع جزيء من الماء فيتكون جزيءالفورمالدهيد وتتصاعد ذرة أخرى من الأكسجين، وفي الخطوة الأخيرة من ميكانيكة التمثيل الضوئي تتجمع 6 جزيئات من الفورمالدهيد ليتكون بذلك جزيء واحد من السكر السداسي ، الجلوكوز .

وتتمثل هذه النظرية في المعادلات الآتية :

ثاني أكسيد الكربون +طاقة شمسية+كلوروفيل -----> أكسجين + ذرة من الأكسجين

الأكسجين+ جزيء الماء ----------> الفورمالدهيد+ذرة من الأكسجين

6 جزيئات من الفورمالدهيد ---------> الجلوكوز

وقد ثبت بعد ذلك فشل هذه النظرية في تفسير وشرح ميكانيكية التمثيل الضوئي مما دعى العلماء إلى مزيد من الدراسة طوال القرن الماضي ، وإشتملت هذه الدراسة على مجالات عديدة تهدف إلى معرفة كيفية تثبيت ثاني أكسيد الكربون ومساره في تفاعلات المثيل الضوئي ومصدر الأكسجين المتصاعد أثناء العملية . كما درست أيضا العوامل المختلفة الداخلة في التفاعلات وتأثير العوامل المساعدة المشاركة في هذه الميكانيكية.
وقد إنتهى العلماء إلى أن التمثيل الضوئي يتم على مرحلتين ، الأولى يتم فيها تثبيت ثاني أكسيد الكربون ولا يحتاج ذلك إلى الطاقة الشمسية ، كما ثبت أن ثاني أكسيد الكربون لا يتحد مع الكلورفيل في الخلية ولا ينتج عنه الفور مالدهيد . ويلي خطوة تثبيت ثاني أكسيد الكربون مرحلة أخرى يتم فيها إنتقال الكربون من مركب إلى آخر داخل البلاستيدة خلال مجموعة من التفاعلات التي تلزمها الطاقة الضوئية وتنتهي هذه المرحلة بتكوين السكر السداسي . كذلك ثبت أن الماء هو مصدر الأكسجين المنطلق أثناء عملية التمثيل الضوئي وليس غاز ثاني أكسيد الكربون كما كان يعتقد من قبل ، حيث يتم تحلل الماء ضوئيا إلى إيدروجين وأكسجين وتستخدم ذرات الأيدروجين في إختزال مادة NADP (هو المساعد الإنزيمي ويتركب من Nicotineamida adenine dinucleotide phosphate. ) إلى NADPH (هو الصورة المختزلة من NADP .)

وتنطلق كمية من الطاقة تحول مركب ADP (هو سكر خماسي يتحد مع قاعدة أزوتية ومع مجموعتين فوسفاتيتين خلال روابط غنية بالطاقة وتركيبه adenosine diphosphate.) إلى ATP ( كالسابق إلا أن به ثلاث مجموعات فوسفاتية وتركيبه adenosine triphosphate.) .

جزيء ثاني أكسيد الكربون عندما يدخل إلى البلاستيدة الخضراء فإنه يتحد مع مركب وسطي موجود فعلاً بالخلية هو ثاني فوسفات الريبولوز في وجود الماء ، وينتج مركب جديد يسمى حمض الفوسفوجليسريك وهذا المركب له أهميته الكبيرة إذ منه يبدأ بناء الكربوهيدرات ( في صورة جلوكوز أولاً ) والدهون ( في صورة أحماض دهنية أولاً ) والبروتينات ( في صورة أحماض أمينية أولاً ) ، كذلك فإن حمض فوسفوجليسريك ينتج عنه تحلل سكر الفركتوز -6- فوسفات أثناء عملية التنفس ، ومنه تتكون الأحماض الكربوكسيلية التي تدخل في تفاعلات دورة كربس ومن خلالها تتأكسد المواد العضوية وتنطلق الطاقة ويخرج ثاني أكسيد الكربون مرة أخرى إلى الجو .

ويشترك في خطوات التمثيل الضوئي بعض الصبغات الأخرى بخلاف صبغات الكلورفيل وتسمى بالصبغات المساعدة مثل صبغات الفيكو إيرثرينات والفيكو سيانينات والكاروتينات وهذه الصبغات تساعد الكلورفيل على اقتناص الطاقة الضوئية .
كذلك فإن السيتوكرومات وغيرها من المركبات المماثلة تعمل كناقلات للالكترونات أثناء تفاعلات التمثيل الضوئي .

في حفظ الرحمن

****************************

****************************