المحتوى
- التمثيل الضوئي في الماضي
- دور الماء في التمثيل الضوئي
- الماء كمورد للأكسجين
- الماء كمورد للإلكترون
- التحلل الضوئي للماء
التمثيل الضوئي هو عملية كيميائية حيوية مهمة تنطوي على إنتاج السكر (الجلوكوز) من ضوء الشمس والماء وثاني أكسيد الكربون ، وإطلاق الأكسجين. إنها سلسلة من التفاعلات الكيميائية الحيوية المعقدة وتحدث في النباتات والطحالب وبعض البكتيريا وبعض الكائنات الضوئية. تعتمد جميع الكائنات الحية تقريبًا على هذه العملية. يرتبط معدل التمثيل الضوئي بتركيز ثاني أكسيد الكربون ودرجة الحرارة وشدة ضوء الشمس. تولد هذه العملية الطاقة من الفوتونات الممتصة ، مع الماء كعامل اختزال.
التمثيل الضوئي في الماضي
مع ظهور الحياة على الأرض ، بدأت عملية التمثيل الضوئي. نظرًا لأن تركيز الأكسجين كان ضئيلًا ، فقد حدثت عملية التمثيل الضوئي الأولى باستخدام كبريتيد الهيدروجين والحمض العضوي في مياه البحر. ومع ذلك ، فإن مستوى هذه المواد لم يكن كافيًا لمواصلة التمثيل الضوئي لفترة طويلة ، لذلك فقد خضع لتطور استخدام الماء بدلاً من المركبات الأخرى. أدى هذا النوع من التمثيل الضوئي ، باستخدام الماء ، إلى إطلاق الأكسجين. وبالتالي ، بدأ تركيز الأكسجين في الغلاف الجوي في الزيادة. هذه الدورة اللانهائية جعلت الأرض غنية بالأكسجين ، مما جعل من الممكن وجود أنظمة بيئية تعتمد على هذا العنصر.
دور الماء في التمثيل الضوئي
على المستوى الأساسي ، يوفر الماء إلكترونات لتحل محل تلك التي تمت إزالتها من الكلوروفيل في النظام الضوئي الثاني. بالإضافة إلى ذلك ، ينتج الأكسجين ، بالإضافة إلى تقليل NADP إلى NADPH (ضروري لدورة كالفين) عن طريق إطلاق أيونات H +.
الماء كمورد للأكسجين
أثناء عملية التمثيل الضوئي ، تتفاعل ستة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون وستة جزيئات من الماء في وجود ضوء الشمس لتكوين جزيء واحد من الجلوكوز وستة من الأكسجين. يتمثل دور الماء في إطلاق الأكسجين الموجود في جزيئه في الغلاف الجوي على شكل غاز O2.
الماء كمورد للإلكترون
للماء أيضًا دور مهم آخر ، وهو توفير الإلكترونات. في عملية التمثيل الضوئي ، يتبرع الماء بالإلكترون الذي يربط ذرة الهيدروجين (من جزيئه) بالكربون (ثاني أكسيد الكربون) لتكوين السكر (الجلوكوز).
التحلل الضوئي للماء
يعمل الماء كعامل اختزال من خلال توفير أيونات H + التي تحول NADP إلى NADPH. نظرًا لأن NADPH هو عامل اختزال مهم موجود في البلاستيدات الخضراء ، فإن تكوينه ينتج عنه عجز في الإلكترون بعد أكسدة الكلوروفيل. يجب استبدال هذه الخسارة بإلكترونات من عامل اختزال آخر. يعمل النظام الضوئي للإنزيم II في الخطوات الأولى من مخطط Z (الرسم التخطيطي لسلسلة نقل الإلكترون في عملية التمثيل الضوئي) ، ومن ثم فإن العامل المختزل الذي يمكنه التبرع بالإلكترونات ضروري لأكسدة الكلوروفيل ، وهي وظيفة يؤديها الماء (الذي يعمل كمصدر للإلكترونات في النباتات الخضراء والبكتيريا الزرقاء). تخلق أيونات الهيدروجين المنبعثة إمكانات كيميائية (كيميائية كيميائية) عبر غشاء الميتوكوندريا ، مما يؤدي إلى تخليق ATP. نظام الصور الثاني هو الإنزيم المعروف في المقام الأول بأنه يعمل كمحفز في عملية أكسدة الماء هذه.