ما هي التفاعلات الضوئية
تعد التفاعلات الضوئية جزءا من عملية التمثيل الضوئي التي يقوم بها النباتات للحصول على الطعام وإنتاج غاز الأكسجين، وتتضمن التفاعلات الضوئية ودورة كالفن.
يحدث البناء الضوئي في الكائنات الحية من النباتات، التي تحتوي على البلاستيدات الخضراء، في مكان حدوث التفاعلات الضوئية، حيث تعتبر البلاستيدات الخضراء الفرق بين الخلايا النباتية والخلايا الحيوانية.
التفاعلات الضوئية هي تفاعلات تحدث في ضوء الشمس، حيث تستخدم النباتات الطاقة الضوئية التي تأتي من ضوء الشمس وتمتصها عن طريق الكلوروفيل الموجود في أوراقها. ويتم ذلك بالمقارنة مع التفاعلات غير الضوئية .
ماذا يحدث في التفاعلات الضوئية
يتم في مرحلة التفاعلات الضوئية تحويل الطاقة الضوئية التي يتم امتصاصها بواسطة أصباغ الكلوروفيل الموجودة في أوراق النبات إلى طاقة كيميائية، وذلك بواسطة سلسلة من التفاعلات التي تسمى التفاعلات الضوئية.
تستند التفاعلات الضوئية على استخدام الطاقة الضوئية من أشعة الشمس لتكوين جزيئين هامين للمرحلة التالية من البناء الضوئي، ويتمثل هؤلاء الجزيئين في جزيء تخزين الطاقة ATP وجزيء حامل الإلكترون المخفض NADPH.
تلعب الأنظمة الضوئية وجزيئات امتصاص الضوء والبروتينات الدور الرئيسي في التفاعلات الضوئية في النباتات، حيث توجد نوعان من أنظمة الصور وهما نظام الصور الأول (PSI) ونظام الصور الثاني (PSII)، وتحتوي على مكونات ومكونات سلسلة نقل الإلكترونات في غشاء الثايلاكويد .
حيث يحتوي نظامي الصور على العديد من الأصباغ ، التي تساعد في تجميع الطاقة الضوئية من ضوء الشمس ، بالإضافة إلى زوج خاص من جزيئات الكلوروفيل الموجودة في مركز التفاعل لنظام الضوء ؛ حيث يسمى الزوج الخاص من نظام الصور الأول P700 ، بينما يسمى الزوج الخاص من نظام الصور الثاني P680.
فعندما تقوم أحد الاصباغ الموجودة في النظام الضوئي الثاني بامتصاص الضوء ، يتم انتقال الطاقة إلى الداخل من الصبغة إلى الصبغة ، إلى أن تصل إلى مركز التفاعل ، وهذا هو المكان الذي يتم فيه نقل الطاقة إلى P680 ، مما يؤدي إلى رفع مستوى الإلكترون إلى مستوى طاقة مرتفع وتشكيل P680 ، ثم يتم تمرير الإلكترون عالي الطاقة إلى جزيء مستقبِل ، واستبداله بإلكترون من الماء ، الذي ينتج من انقسامه غاز الأكسجينO2 ، الذي تتنفسه الكائنات الحية.
يحدث تفكك لجزيء الماء على الجانب اللومني للثايلواكويد، من غشاء الثايلواكويد، ما يؤدي إلى إطلاق البروتونات داخل الثايلواكويد، مما يساهم في تكوين التدرج.
ينتقل الإلكترون عالي الطاقة إلى أسفل سلسلة نقل الإلكترون ويفقد الطاقة أثناء تقدمه، حيث تدفع بعض الطاقة التي تم إطلاقها إلى ضخ أيونات الهيدروجين H+ من المستعمرة إلى الثايلاكويد، وهذا يزيد من تدرج البروتون.
عندما تتجه أيونات الهيدروجين H+ إلى السدى في تدرجها الهيدروجيني وتعود إلى الأسفل، فإنها تمر عبر سينثيز ATP لإنتاج ATP، ويتم إنتاج ATP على الجانب اللحمي من غشاء الثايلواكويد، ومن ثم يتم إطلاقه في السدى.
ثم يتمكن الإلكترون من الوصول إلى المركز الأول للضوء بعد ذلك، وينضم إلى زوج P700 الخاص بالكلوروفيل في مركز التفاعل. عندما تمتص الأصباغ الطاقة الضوئية ويتم توجيهها إلى مركز التفاعل، يتم تحفيز الإلكترون الذي يوجد في P700 إلى مستوى طاقة عالية جدا، ثم يتم نقله إلى جزيء مستقبل. يتم استبدال الإلكترون المفقود في زوج P700 بإلكترون من PSII الذي يصل عبر سلسلة نقل الإلكترون.
ينتقل الإلكترون عالي الطاقة، ثم ينزلق إلى الجزء الثاني القصير من سلسلة نقل الإلكترون، وفي نهاية السلسلة، يتم تمرير الإلكترون إلى NADP لتشكيل NADPH، وذلك على الجانب اللحمي من غشاء الثايلاكويد.
خطوات التفاعلات الضوئية بالترتيب
تتبع التفاعلات الضوئية عدة خطوات رئيسية، وهي على النحو التالي:
امتصاص الضوء في PSII
عند امتصاص الضوء عن طريق واحدة من الأصباغ المتعددة في النظام الضوئي الثاني “PSII”، تقوم الطاقة بالانتقال إلى داخل النبات من خلال صبغة أخرى، حتى تصل إلى مركز التفاعل، وهناك يتم نقل الطاقة إلى P680، مما يؤدي إلى رفع مستوى الإلكترونات إلى مستوى طاقة مرتفع، ويتم تمرير الإلكترون عالي الطاقة إلى جزيء مستقبل، ويتم استبداله بإلكترون من الماء، ويؤدي هذا التفكك للماء إلى إنتاج غاز الأكسجين O.
تكوين ATP
يتم نقل الإلكترون عالي الطاقة إلى أسفل سلسلة نقل الإلكترون، ويتسبب ذلك في فقدان طاقته خلال تلك العملية، وتعمل بعض الطاقة المحررة على ضخ الهيدروجين H+ بالإضافة إلى أيونات النهاية التي تنتج عن الأيض إلى الجزء الداخلي من الثايلاكويد، وتتبع هذه العملية بناء تدرج الهيدروجين.
بالإضافة إلى ذلك، تتم إضافة أيونات نهاية الماء المنقسم إلى التدرج، وتتحرك أيونات نهاية الماء إلى الأسفل وتدرجها في السدى، وتمر هذه الأيونات عبر سينثيز ATP، وهذا يؤدي إلى إنتاج ATP في عملية تسمى التناضح الكيميائي.
امتصاص الضوء في PSI
حيث يصل الإلكترون إلى النظام الضوئي الأول ” PSI ” ، وينضم إلى زوج P700 الخاص من الكلوروفيل في مركز التفاعل ، وعندما تقوم الاصباغ بامتصاص الطاقة الضوئية ، وتمررها إلى مركز التفاعل بالداخل ، يتم تعزيز الإلكترون الموجود في P700 إلى مستوى طاقة عالي جدًا ، كما ويتم نقله إلى جزيء مستقبِل.
يتم استبدال الإلكترون المفقود في الزوج بإلكترون جديد من PSII، ويصل هذا الإلكترون الجديد عبر سلسلة نقل الإلكترون.
تشكيل NADPH
يتحرك الإلكترون عالي الطاقة إلى الأسفل في الجزء القصير الثاني من سلسلة نقل الإلكترون، وفي نهاية السلسلة، يتم نقل الإلكترون إلى NADP لتكوين NADPH.