المحتوى
- التمثيل الضوئي في الماضي
- دور الماء في التمثيل الضوئي
- الماء كمورد للأكسجين
- الماء كمورد إلكترون
- التحلل الضوئي من الماء
التمثيل الضوئي هو عملية كيميائية حيوية مهمة تنطوي على إنتاج السكر (الجلوكوز) من أشعة الشمس والماء وثاني أكسيد الكربون ، وإطلاق الأكسجين. إنها عبارة عن سلسلة من التفاعلات الكيميائية الحيوية المعقدة وتحدث في النباتات والطحالب وبعض أنواع البكتيريا وبعض المركبات الضوئية. تعتمد جميع الكائنات الحية تقريبًا على هذه العملية. يرتبط إيقاع عملية التمثيل الضوئي بتركيز ثاني أكسيد الكربون ودرجة الحرارة وكثافة ضوء الشمس. تولد هذه العملية طاقة من الفوتونات الممتصة ، مع وجود الماء كعامل اختزال.
التمثيل الضوئي في الماضي
مع ظهور الحياة على الأرض ، بدأت عملية التمثيل الضوئي. نظرًا لأن تركيز الأكسجين كان ضئيلًا ، فقد حدث التركيب الضوئي الأول باستخدام كبريتيد الهيدروجين والحمض العضوي في مياه البحر. ومع ذلك ، فإن مستوى هذه المواد لم يكن كافيا لمواصلة التمثيل الضوئي لفترة طويلة ، لذلك خضع لتطور استخدام المياه بدلا من المركبات الأخرى. هذا النوع من التمثيل الضوئي ، باستخدام الماء ، أدى إلى إطلاق الأكسجين. وبالتالي ، بدأ تركيز الأكسجين في الغلاف الجوي في الازدياد. هذه الدورة التي لا نهاية لها جعلت الأرض غنية بالأكسجين ، مما أتاح وجود النظم الإيكولوجية التي 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 وكذلك يقلل من NADP إلى NADPH (مطلوب لدورة Calvin) 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 أشعة الشمس لتكوين جزيء واحد من الجلوكوز وستة من الأكسجين. دور الماء هو إطلاق الأكسجين الموجود في جزيئه في الجو في شكل غاز O2.
الماء كمورد إلكترون
الماء أيضًا له دور مهم آخر وهو أن يكون مزودًا للإلكترون. في عملية التمثيل الضوئي ، يتبرع الماء بالإلكترون الذي يربط ذرة الهيدروجين (من جزيءها) بالكربون (من ثاني أكسيد الكربون) لتكوين سكر (جلوكوز).
التحلل الضوئي من الماء
تعمل المياه كعامل مختزل من خلال توفير أيونات H + التي تحول NADP إلى NADPH. بما أن NADPH هو عامل اختزال مهم موجود في البلاستيدات الخضراء ، فإن تكوينه يؤدي إلى نقص الإلكترون بعد أكسدة الكلوروفيل. يجب استبدال هذه الخسارة بإلكترونات من عامل اختزال آخر. يعمل إنزيم النظام الضوئي II على الخطوات الأولى من مخطط Z (مخطط سلسلة نقل الإلكترون في عملية التمثيل الضوئي) ، ومن ثم يلزم وجود عامل اختزال يمكنه التبرع بالإلكترونات لأكسدة الكلوروفيل ، وهي وظيفة تمارسها المياه (والتي تعمل بواسطة الماء) كمصدر للإلكترونات في النباتات الخضراء والبكتيريا الزرقاء). تخلق أيونات الهيدروجين المنبعثة إمكانات كيميائية (كيميائية) من خلال غشاء الميتوكوندريا ، مما ينتج عنه تخليق ATP. Photosystem II هو الإنزيم المعروف لأول مرة بأنه عامل مساعد في عملية أكسدة الماء.