البناء الضوئي (التمثيل الضوئي) photosynthesis

البناء الضوئي (التمثيل الضوئي)  photosynthesis :

(يمكن تنزيل لوحة عن البناء الضوئي من الرابط التالي عملية البناء الضوئي (لوحة قابلة للتنزيل))

وهي عملية حيوية هامة تحدث في النباتات , الطحالب و البكتيريا الخضراء المزرقة  ، و العناصر اللازمة لحدوثها : الماء ، الضوء ، ثاني أكسيد الكربون  . وعملية البناء الضوئي هامة للنبات حيث تنتج الأكسجين اللازم لعملية التنفس ، و تحافظ على ثبات O₂ ، CO₂ في الجو و تنتج مواد عضوية معقدة من مواد غير عضوية بسيطة . و يمكن تمثيل البناء الضوئي من خلال التفاعل التالي :

6CO₂ + 12H₂O + Light → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O

تتضمن عملية البناء الضوئي سلسلة من التفاعلات الكيميائية ، يتم فيها امتصاص الطاقة الضوئية وتحويلها إلى طاقة كيميائية تختزن في المركبات العضوية . تشمل عملية البناء الضوئي مرحلتين متميزتين تبعاً لحاجتهما للضوء ولكنهما مرتبطتان ببعضهما :

المرحلة الأولى : التفاعلات الضوئية : يتم فيها امتصاص الطاقة الضوئية بوساطة جزيء الكلوروفيل في الثايلاكويدات وتحويلها إلى طاقة كيميائية تختزن مؤقتاً في جزيئات غنية بالطاقة .

المرحلة الثانية : التفاعلات اللاضوئية : تستخدم الجزيئات الغنية بالطاقة في بناء مركبات سكر ثلاثية الكربون بإضافة ثاني أكسيد الكربون الجوي في سلسلة من تفاعلات تشكل حلقة كالفن ويتم في هذه المرحلة خزن الطاقة في السكريات والمركبات العضوية الأخرى الناتجة منها.

مع العلم أن التفاعلات اللاضوئية لا تحتاج للضوء ، وتعتمد على نواتج التفاعلات الضوئية .

 التفاعلات الضوئية : تضم نوعين من التفاعلات ، لا حلقية وحلقية .  أ- التفاعلات الضوئية اللاحلقية : – يوجد نظامان لإمتصاص الطاقة الضوئية في البلاستيدات الخضراء . – يتكون كل نظام من (200 – 300) جزيء كلوروفيل وعوامل ناقلة للإلكترونات . – النظام الضوئي الأول يمتص موجات الضوء بطول (700) نانومتر . – النظام الضوئي الثاني يمتص موجات الضوء بطول (680) نانومتر .

يعمل هذان النظامان عملاً متكاملاً لامتصاص الطاقة الضوئية ، إذ تمتص جزيئات الكلوروفيل وبعض الأصباغ المساعدة في كل نظام الطاقة الضوئية وتركزها وتنقلها إلى جزيء كلوروفيل خاص في كلا النظامين يسمى مركز التفاعل والذي يعد الجزيء الوحيد في كل نظام ضوئي القادر على إطلاق إلكترونات مهيجة ( غنية بالطاقة ) بسبب امتصاصها الطاقة الضوئية .

و يمكن تلخيص التفاعلات الضوئية اللاحلقية كما يلي :

1- تمتص جزيئات الكلوروفيل في النظام الضوئي الأول موجات الضوء بطول (700) نانومتر وتنقلها إلى مركز التفاعل مؤدية إلى إطلاق إلكترونات مهيجة و يحدث فقد للإلكترونات .

2-   تمتص جزيئات الكلوروفيل في النظام الضوئي الثاني موجات الضوء بطول (680) نانومتر ، وتنقلها إلى مركز التفاعل مؤدية إلى إطلاق إلكترونات مهيجة ويحدث تحلل للماء .

H₂O → 2H⁺ + 2e^– + ½ O₂

3- الإلكترونات المهيجة والتي يفقدها النظام الضوئي الثاني تنتقل بوساطة سلسلة نقل الإلكترون إلى النظام الضوئي الأول لتعويض الإلكترونات المفقودة . مع ملاحظة أنه  أثناء إنتقال الإلكترونات بين النظام الثاني والأول في سلسلة نقل الإلكترون يتم بناء جزيئات ATP

ADP + Pi + Energy → ATP

4- الإلكترونات المهيجة والبروتونات الناتجة من تحلل الماء يستقبلها مركب ناقل للهيدروجين ⁺NADP فيتحول إلى شكل مختزل هو NADPH  .

نواتج التفاعلات الضوئية اللاحلقية :

1- إطلاق غاز الأكسجين .

2- تكوين مركب ATP ، NADPH  بكميات متساوية .

ب- التفاعلات الضوئية الحلقية : سميت هذه التفاعلات بالحلقية لأن الإلكترونات المهيجة من النظام الضوئي الأول بفعل الطاقة الضوئية تعود مرة أخرى إلى مركز التفاعل الذي انطلقت منه مروراً بسلسلة نقل الإلكترون .

– ينتج من هذه التفاعلات ATP فقط .

التفاعلات اللاضوئية ( حلقة كالفن ) :

– تحدث هذه التفاعلات في منطقة اللُحمة (الستروما) بوجود الأنزيمات والمواد اللازمة .

– يتطلب حدوث هذه التفاعلات وجود ATP ، NADPH الناتجين من التفاعلات الضوئية .

– تشتمل حلقة كالفن سلسلة من التفاعلات تبدأ بالسكر الخماسي ربيولوز ثنائي الفسفات . و يمكن تلخيص حلقة كالفن كما يلي :

1- تتحد ثلاثة جزيئات من CO₂ مع ثلاثة جزيئات ربيولوز ثنائي الفسفات وتسمى هذه العملية تثبيت ثاني أكسيد الكربون ، لتنتج ثلاثة جزيئات من مركب وسطي غير ثابت .

2- يتحلل المركب الوسطي غير الثابت لحظياً عند تكونه ، فينشطر إلى جزئين من حمص غليسرين أحادي الفوسفات (PGA) .

3- يتم اختزال كل جزيء من حمض غليسرين أحادي الفسفات باستخدام جزيء ATP والهيدروجين في مركب NADPH لينتج مركب غليسر الدهايد أحادي الفسفات (PGAL) .

4- تمر خمسة جزيئات من PGAL في سلسلة من التفاعلات يلزمها 3 جزيئات ATP لإعادة بناء ثلاثة جزيئات من ربيولوز ثنائي الفسفات ، مما يسمح باستمرار حلقة كالفن .

فالجزء السادس من PGAL يشكل الناتج النهائي لحلقة كالفن ويستخدم في بناء المواد العضوية الأخرى من سكريات ونشويات ودهون وبروتينات .

بوسترات (لوحات) كيميائية بدقة عالية (أكثر من 25 لوحة) من تصميم الأستاذ أكرم أمير العلي

 

تطبيقات كيميائية من تصميم الأستاذ أكرم امير العلي متوفر للجوالات التي تعمل بنظام أندرويد android على سوق جوجل بلاي google play

1 – تطبيق ملصقات الجدول الدوري باللغة العربية : بطاقات تحتوي على معلومات شاملة و مختصرة في نفس الوقت كل عنصر على حدة (اللغة العربية).

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.akramir2

 

2 – تطبيق ملصقات كيميائية: ملصقات بتصميم جميل جدا للكواشف و الأدلة و الزجاجيات المستخدمة في المختبر و كذلك ملصقات و بطاقات لخزانات حفظ المواد و الأدوات الزجاجية .

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.akramir

 

3 – إذا كنت تواجه صعوبة في تحضير المحاليل الكيميائية الأكثر شيوعا في مختبرات الكيمياء و الاحياء، فهذا التطبيق سوف يساعدك كثيرا في تحضير المحاليل :