up
Search      menu
گیاه شناسی :: مقاله فتوسنتز Photosynthesis PDF
QR code - فتوسنتز Photosynthesis

فتوسنتز Photosynthesis

فتوسنتز که يکي از مهمترين پديده هاي حياتي روي کره زمين محسوب مي شود، فرايند ذخيره انرژي است که در حضور نور در برگها و ساير بخش هاي سبز گياه روي مي دهد. انرژي نوراني بصورت انرژي شيميايي در مولکولهاي قند ساده ذخيره مي گردد. هنگامي که دي اکسيد کربن و آب با هم ترکيب شده و تشکيل يک مولکول قند را در کلروپلاست مي دهند، گاز اکسيژن به عنوان يک محصول فرعي آزاد و به درون اتمسفر رها مي گردد. بنابراين مي توان گفت که حضور دي اکسيد کربن ، آب ، نور و مولکول کلروفيل براي انجام فتوسنتز ضروري است.
● دي اکسيد کربن
دي اکسيد کربن موجود در هوا از طريق روزنه ها به سلولهاي مزوفيل رسيده و در لايه نازک آب اطراف غشاء اين سلولها حل مي شود و سپس توسط انتشار از ديواره گذشته و وارد سيتوپلاسم شده و در نهايت به کلروپلاست مي رسد.
● آب
کمتر از يک درصد کل آب جذب شده در گياه به مصرف فتوسنتز مي رسد؛ و باقي مانده آن يا از گياه خارج مي شود و يا وارد پروتوپلاسم و واکوئل مي گردد. هر چند دي اکسيد کربن خود نيز داراي اکسيژن است ولي آب مصرفي در فتوسنتز منبع رهاسازي اکسيژن به عنوان يک محصول فرعي فتوسنتز است.
● نور
حدود ۴۰ درصد انرژي تابشي بصورت نور مرئي است.اگر نور مرئي را از يک منشور عبور دهيم به رنگهاي تشکيل دهنده اش تجزيه مي شود. رنگ قرمز در انتهاي طول موج بلند و بنفش در انتهاي طول موج کوتاه ورنگهاي زرد و سبز و آبي در وسط طيف نور قرار دارند. اگر چه تقريبا تمام رنگهاي نور مرئي مي توانند به وسيله فتوسنتز استفاده شوند ليکن امواج نفش تا آبي و نارنجي تا قرمز بيشترين استفاده را دارند. مقدار زيادي از نور دامنه طول موج سبز منعکس مي شود. برگها تقريبا ۸۰ درصد نور مرئي را که به آنها مي رسد جذب مي کنند.
● کلروفيل
چندين نوع مولکول کلروفيل وجود دارد و تمام آنها يک اتم منزيم دارند. کلروفيل از نظر ساختماني به Heme هموگلوبين خيلي شبيه است. رنگدانه قرمز هموگلوبين داراي آهن است که اکسيژن را در خون انتقال مي دهد. هر مولکول کلروفيل داراي يک دنباله ليپيدي است که آن را در لايه ليپيدي غشاي تيلاکوئيدي نگه مي دارد.کلروپلاست هاي بيشتر گياهان در غشاهاي تيلاکوئيدي داراي دو نوع کلروفيل هستند. کلروفيل a به رنگ سبز متمايل به آبي و کلروفيل b داراي رنگ سبز متمايل به زرد است. وقتي مولکول کلروفيل b نور را جذب مي کند انرژي را به مولکول کلروفيل a انتقال مي دهد. کلروفيل b به گياه امکان مي دهد تا از طيف نوري بيشتري استفاده کند. ساير رنگدانه هاي فتوسنتزي شامل کاروتنوئيدها ( رنگدانه هاي زرد تا نارنجي که در تمام گياهان يافت مي شوند). فيکوبيلين ها ( رنگدانه آبي يا قرمز موجود در باکتري هاي سبز-آبي و جلبکهاي قرمز) و چند نوع ديگر کلروفيل مي باشند. کلروفيل هاي c و d و بندرت e در بعضي از جلبک هاي خاص به جاي کلروفيل b وجود دارند و رنگدانه هاي فتوسنتزي ديگري در باکتري ها ديده مي شود. حدود ۲۵۰ تا ۴۰۰ مولکول کلروفيل در کلروپلاست تشکيل يک واحد فتوسنتزي را مي دهند. در هر گرانوم تعداد بي شماري از اين واحدها وجود دارند. دو نوع از اين واحدهاي فتوسنتزي در کلروپلاست گياهان سبز اولين مرحله فتوسنتز يعني واکنش هاي نوري را انجام مي دهند. که به آنها فتوسيستم گويند.
● مراحل فتوسنتز
فتوسنتز از مجموعه واکنش هاي مستمر و پيچيده اي تشکيل شده است که مي توان آنها را به دو گروه واکنش هاي نوري و واکنش هاي تاريکي مشخص کرد.
▪ واکنش هاي نوري:
مجموعه اي از واکنش هاست که در غشاء تيلاکوئيدي کلروپلاست و در حضور نور انجام مي شود و منجر به تبديل انرژي نوري به انرژي شيميايي مي گردد. تجزيه مولکولهاي آب و توليد يونهاي هيدروژن ، الکترون ها و گاز اکسيژن و همچنين توليد ATP ( ناقل انرژي)و NADPH۲ ( ناقل هيدروژن) در اين مرحله انجام مي شود.
فتوسيستم ها و نقش آنها در واکنش هاي نوري
در بيشتر کلروپلاست ها دو نوع واحد عملي بنام فتوسيستم I و II وجود دارد. هر واحد فتوسيستم I داراي بيش از ۲۰۰ مولکول کلروفيل a ، مقدار کمي کلروفيل b و رنگدانه کارتنوئيد و يک مولکول عمل کننده مرکزي کلروفيل a بنام p۷۰۰ مي باشد. اگر چه همه رنگدانه ها در فتوسيتم قادر به جذب فوتون نور هستند ولي تنها ولکول p۷۰۰ مي تواند انرژي نوري را مورد استفاده قرار دهد. ساير رنگدانه هاي فتوسيستم، نور را جمع کرده و به مولکول عمل کننده مرکزي منتقل مي کنند به همين دليل به آنها رنگدانه هاي آنتني گويند. اولين گيرنده هاي الکترون در فتوسيستم I ، پروتئين هاي حاوي سولفور آهن مي باشند . به اين معني که اين پروتئين ها ابتدا الکترون را از p۷۰۰ مي گيرند.
واحد فتوسنتزي فتوسيستم II شامل کلروفيل a ، بتا کاروتن و مقدار کمي کلروفيل b و يک مولکول عمل کننده مرکزي کلروفيل a بنام p۶۸۰ مي باشد ( اعداد ۷۰۰ و ۶۸۰ حداکثر طول موجهاي جذبي کلروفيل است).اولين گيرنده الکترون در فتوسيستم*II فئوفيتين(pheophytin ) يا فئو نام دارد. برخورد نور به کلروفيل ها منجر به فرايند انتقال الکترون ها در فتوسيستم هاي I و II و انجام واکنش هاي مهمي مي شود که مهمترين آنها عبارتند از :
فتوليز:
هنگامي که يک فوتون نور با مولکول p۶۸۰ فتوسيستم IIبرخورد مي کند، الکترون آن به سطح انرژي بالاتري مي رود. اين عمل را برانگيختگي الکترون گويند.الکترون برانگيخته شده ، توسط فئوفيتين گرفته شده و به گيرنده دوم فتوسيستم IIيا گيرنده Q منتقل مي شود. کمبود الکترون هاي مولکول p۶۸۰ توسط تجزيه آب جبران مي شود بدين ترتيب که با تجزيه مولکول هاي آب ، يک مولکول اکسيژن و ۴ پروتون و ۴ الکترون ايجاد مي شود. تجزيه مولکول هاي آب در حضور يونهاي منگنز و آنزيم هاي موجود در غشاي تيلاکوئيدي صورت مي گيرد و فتوليز ناميده مي شود.
فتوفسفريلاسيون
گيرنده Q الکترونهاي بر انگيخته شده را به يک سيستم ناقل الکترون مي دهد که همانند پلي ارتباطي الکترونها را به گيرنده هاي ديگر منتقل مي نمايند.اين زنجيره انتقال الکترون داراي رنگدانه هاي آهن داري بنام سيتوکروم و همچنين يک پروتئين مس دار بنام پلاستو سيانين مي باشد. هنگامي که الکترونها از سيستم انتقال الکترون عبور مي کنند و پروتونها به وسيله عامل متصل شونده به حرکت در مي آيند،ملکولهايATP از ملکولهاي ADP و فسفات در پديده اي بنام فسفو ريلا سيون ساخته مي شوند.
در فتو سيستم I مراحل تا حدي مشابه فتوسيستم II انجام مي شود. وقتي که يک فوتون به مولکول ۷۰۰P واحد فتو سنتزي برخورد مي کند، الکترون آن را بر انگيخته نموده واين الکترون به مولکول گيرنده آهن گوگردي که به Fe-Sنشان داده مي شود منتقل مي گردد. سپس اين مولکول، الکترون را به يک ملکول گيرنده Fe-Sديگر بنام فرودوکسين(Fd)منتقل کرده و اين مولکول آن را به نوبه خود به مولکول ناقل ديگر يعني فلاوين آدنين نوکلئوتيد(FAD ) انتقال مي نمايد و در نهايت الکترون بهNADPH+ مي رسد, و آن را به صورت NADPH۲احيا ميکند. الکترونهاي رانده شده از مولکول ۷۰۰Pبه وسيله الکترونهاي فتوسيستم II جايگرين مي شوند. اين حرکت سرتاسري الکترون از آب به فتو سيستم IIو به فتوسيستم Iو به NADPH+ ،جريان غير چرخه ايالکترون نام دارد زيرا فقط به يک جهت حرکت مي کند. به همين دليل توليد ATP در اين فرايند را فتو فسفو ريلا سيون غير چرخه اي مي نامند.
فتو سيستم Iهمچنين مي تواندبه صورت مستقل از فتو سيستمIIعمل کند ودر طي آن الکترونها از مولکول فعال مرکزي ۷۰۰P(فتو سيستمI)را ترک کرده وبا عبور از يک مولکول گيرنده بنام۴۳۰P به زنجير انتقال الکترون بين دو فتو سيستم منتقل شده (بجاي فرو دو کسين وNADP)و به مرکز عمل کننده فتو سيستم I برمي گردد. اين عمل،جريان چرخه اي الکترون نام دارد و ATPتوليد شده به وسيله آن فتو فسفوريلاسيون چرخه اي ناميده مي شود.
▪ واکنش هاي تاريکي
مشاهده کرديم که چگونه NADPH۲ و ATP در طي واکنشهاي نوري ساخته مي شوند.هر دو اين ملکولها درمرحله تاريکي نقش اساسي را در سنتز هيدراتهاي کربن از دي اکسيد کربن اتمسفر دارند که از طريق روزنه ها به درون بافت مزوفيل نفوذ مي کنند.واکنشهاي تاريکي در اصل يک سري کامل از واکنشها هستند که هر کدام توسط يک آنزيم هدايت مي شوند.اين واکنشها در استروماي کلروپلاست و بدون نياز به نور انجام مي شوند. و از ترکيبات حاصله از مراحل نوري استفاده مي کنند. اين واکنشها ممکن است بطور عادي در طول روز انجام شوند.تبديل دي اکسيدکربن به هيدراتهاي کربن در واکنش هاي تاريکي توسط سه مکانيسم انجام مي شود که مهمترين آنها مسير سه کربني يا چرخه کالوين ميباشد.
چرخه کالوين
اين چرخه بطور اختصار شامل مراحل زير مي باشد:
به کمک آنزيم RuBP کربوکسيلاز شش مولکول دي اکسيد کربن که از هوا گرفته شده با شش مولکول ريبولوز ۱-۵ بي فسفات(RuBP ) ترکيب مي شوند. شش مولکول ۶ کربنه ناپايدار بلافاصله به دوازده مولکول ۳ کربنه بنام گليسرآلدئيد ۳-فسفات (PGA) که اولين ترکيب پايدار فتوسنتز است تبديل مي شود. انرژي لازم براي انجام اين کار از ATP و NADPH۲تامين مي شود. ده مولکول گليسرآلدئيد ۳ – فسفات مجددا ايجاد شش مولکول ۵ کربنه RuBP مي کند که براي شروع چرخه کالوين لازم است. دومولکول باقيمانده مي توانند به ساير ترکيبات هيدرات کربن ( گلوکز ، نشاسته، سلولز) تبديل شوند.
مسير ۴ کربنه
حداقل صد جنس از گياهان نواحي گرمسيري به جاي ماده ۳ کربنه PGAدر مراحل اوليه واکنش هاي تاريکي ترکيب ۴کربنه اسيد اگزالواستيک را ايجاد مي نمايند. اين ماده سپس به سلولهاي اطراف غلاف آوندي ( رگبرگ ها ) منتقل شده و در آنجا به اسيد پيروويک و دي اکسيد کربن تبديل مي شود. اسيد پيروويک به سلولهاي مزوفيل برگ بر مي گردد و در حضور ATP ، مولکول هاي فسفوانول پيروات (PEP ) را تشکيل مي دهد. دي اکسيد کربن حاصل با RuBP در سلولهاي غلاف آوندي ترکيب شده و به مولکولهاي مورد استفاده در چرخه کالوين تبديل مي شود. چون گياهاني که داراي سيستم PEPهستند در اولين مرحله، توليد ماده ۴ کربني مي کنند به آنها گياهان ۴ کربنه( C۴) مي گويند که در مقابل آنها گياهان ۳کربنه (C۳ ) قرار دارد که اولين ماده توليد شده در آنها ۳کربنه است

● بيوشيمي گياهي بيوشيمي گياهي شاخه‌اي از بيوشيمي است. دانشي است تجربي که هدف آن بررسي طبيعت و مکانيسم واکنشهاي شيمياي ويژه‌اي است که در گياهان روي مي‌ ...

ديد کلي گياهان و ساير جانداران موقعي مي‌توانند به زندگي ادامه دهند که قدرت تجزيه مولکولهاي پيچيده مواد آلي (غذا) و استفاده از انرژي اندوخته شده در آنه ...

● بيوشيمي گياهي بيوشيمي گياهي شاخه اي از بيوشيمي است. دانشي است تجربي که هدف آن بررسي طبيعت و مکانيسم واکنشهاي شيمياي ويژه اي است که در گياهان روي مي ...

● جايگاه گلکاري در ايران ▪ اهميت تاريخي قدمت کشت و کار و نگهداري گل ها در ايران شايد همزمان با شروع کشاورزي بوده است. با نگاهي به تاريخ و فرهنگ ايران ...

آلودگي هوا مهمترين عامل تغيير و تعويض انرژي است که با کمک فاکتورهاي متعددي بشرح زير انجام مي گيرد. آب، دي اکسيد کربن ، دي اکسيد گوگرد ، اسيد سولفوريک ...

● روش کوآنتومي گياهان براي افزايش کارايي مقدار کل انرژي خورشيدي که به زمين مي رسد بسيار زياد است. گياهان نزديک به ۹۵ درصد از ۱۰۱۷ ژول انرژي خورشيدي را ...

زعفران از گياهان بومي ايران است که سرزمين اصلي آن از زمان حکومت مادها در دامنه کوههاي الوند در همدان و حوالي آن بوده است. گفته مي شود ايرانيان نخستين ...

جلبک ها (algae) گروه بزرگي از موجودات ساده هستند که مانند گياهان، حاوي کلروفيل هستند و قابليت فتوسنتز دارند، اما برخلاف آنها فاقد ريشه، ساقه، برگ و گل ...

دانلود نسخه PDF - فتوسنتز Photosynthesis