البناء الضوئي - الأحياء2-3 - ثاني ثانوي

2-2 الأهداف البناء الضوئي Photosynthesis www.in.edu.sa تلخص مرحلتي عملية البناء الضوئي. الفكرة الرئيسة تتحول الطاقة الضوئية بعد امتصاصها إلى طاقة كيميائية في أثناء توضح وظيفة البلاستيدة الخضراء في أثناء عملية البناء الضوئي. التفاعلات الضوئية. تصف عملية نقل الإلكترونات وترسمها. الربط مع الحياة تتحول الطاقة من حولنا كل يوم. حيث تحوّل البطاريات الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية، ويحول الراديو الطاقة الكهربائية إلى طاقة تحملها الموجات الصوتية وبطريقة مشابهة تحول بعض المخلوقات الحية الذاتية التغذي الكربوهيدرات مركبات عضوية تحوي الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية من خلال عملية البناء الضوئي. مراجعة المفردات الكربون، والهيدروجين والأكسجين فقط بنسب (1:2:1) بالترتيب. المفردات الجديدة الثايلاكويد الغرانا الحشوة (اللحمة) الصبغة ناقل الإلكترون + NADP حلقة كالفن إنزيم روبيسكو عملية البناء الضوئي Photosynthesis معظم المخلوقات الذاتية التغذي، ومنها النباتات قادرة على صنع المركبات العضوية مثل السكر بعملية البناء الضوئي. وتتحول الطاقة الضوئية في أثناء عملية البناء الضوئي إلى طاقة كيميائية والمعادلة الكيميائية الآتية تمثل عملية البناء الضوئي: 6CO,+6HOẠCH 0, +60, ة الكلوروفيل تحدث عملية البناء الضوئي في مرحلتين؛ في المرحلة الأولى تحدث التفاعلات التي تعتمد على الضوء (التفاعلات الضوئية)، حيث يتم امتصاص الطاقة الضوئية وتحويلها إلى طاقة كيميائية على شكل ATP و NADPH. أما في المرحلة الثانية فهي التفاعلات التي تحدث في الضوء ولكن لا تعتمد عليه (التفاعلات اللاضوئية) وتسمى حلقة كالفن، بحيث يتم استخدام جزيئات ATP و NADPH التي تكونت في المرحلة الأولى لإنتاج الجلوكوز. وعندما ينتج الجلوكوز يتحد مع جزيئات سكريات بسيطة أخرى لتكوين جزيئات أكبر، وهذه الجزيئات هي كربوهيدرات معقدة مثل النشا. وقد يُستخدم الناتج النهائي لعملية البناء الضوئي في بناء جزيئات عضوية أخرى مثل البروتينات والدهون والأحماض النووية. وزارة التعليم MinistrupEducation 4331 2023-1445

الورقة خلية نباتية الجدار الخلوي طبقات النسيج الفجوة البلاستيدة الخضراء البلاستيدة الخضراء الغشاء الخارجي الغشاء الداخلي القرانا النواة جهاز جولجي تايلا گوید الميتوكندريا الشكل 25 تحدث عملية البناء المرحلة الأولى: التفاعلات الضوئية مكان حدوث الحشوة مكان حدوث المرحلة الثانية المرحلة الأولى للبناء الضوئي للبناء الضوئي Phase one: Light Reactions الضوئي داخل عضيات صبغية تسمى يُعد امتصاص الضوء الخطوة الأولى في عملية البناء الضوئي؛ حيث تحتوي البلاستيدات الخضراء. النباتات على عضيات خاصة تمتص الطاقة الضوئية. وبعد امتصاص الطاقة يتم إنتاج جزيئات تخزن الطاقة، هي NADPH و ATP؛ لاستخدامهما في التفاعلات التي لا تعتمد على الضوء (اللاضوئية). البلاستيدات الخضراء Chloroplasts عضيات كبيرة تمتص الطاقة الضوئية في المخلوقات الحية التي تقوم بعملية البناء الضوئي، وتوجد البلاستيدات الخضراء في النباتات بشكل رئيس في خلايا الأوراق والبلاستيدات كما في الشكل 3-2 عضيات تشبه القرص، وتحتوي على جزأين ضروريين لعملية البناء الضوئي، يسمى الشكل 6-2 تختلف الأصباغ الملونة الجزء الأول تايلاكويدات thylakoids، وهي مجموعة من الأغشية المسطحة تشبه التي توجد في أوراق الأشجار في قدرتها على الكيس، تترتب في رزم متراصة تسمى الغرانا grana. وتحدث التفاعلات الضوئية امتصاص أطوال موجية محددة من الضوء. في الثايلاكويدات. أما الجزء الثاني المهم فيسمى الحشوة (اللحمة) stroma ، وهي كون فرضية إذا لم يحتو النبات على سائل يملأ الفراغات المحيطة بالغرانا، وتعد مكان حدوث التفاعلات اللاضوئية في المرحلة الثانية من عملية البناء الضوئي، انظر الشكل 5-2 ماذا قرأت ميز بين التايلاكويد والحشوة (اللحمة). كلوروفيل ، فما أثر ذلك في امتصاص 700 الضوء؟ امتصاص موجات الطيف بواسطة صبغات البناء الضوئي كلوروفيل 2 كلوروفيل . الكاروتينات . 600 500 الطول الموجي للضوء (nm) 400 100 الأصباغ Pigments تسمى الجزيئات الملونة التي تمتص الضوء الأصباغ pigments، وتوجد في أغشية الثايلاكويد في البلاستيدات الخضراء. وتمتص الأصباغ المختلفة أطوالا موجية محددة من الضوء، الشكل 6-2، والصبغة الأساسية في النباتات هي الكلوروفيل، وهناك أنواع من صبغة الكلوروفيل، ومن أهمها الكلوروفيل (a) والكلوروفيل (b). يختلف تركيب الكلوروفيل من جزيء إلى آخر ، مما يسمح بامتصاص الضوء عند مناطق محددة من طيف امتصاص الضوء المرئي وزارة التعليم 434 Ministry of Education 2023-1445

وعموما يزداد معدل امتصاص الضوء بواسطة الكلوروفيل في منطقة الطيف المحصورة بين الأزرق والبنفسجي من طيف الضوء المرئي، ويعكس الضوء في المنطقة الخضراء من الطيف. وهذا يفسر سبب رؤية الإنسان لأجزاء النبات التي تحوي الكلوروفيل باللون الأخضر. تحوي معظم المخلوقات الحية التي تقوم بعملية البناء الضوئي أصباغا إضافية بالإضافة إلى الكلوروفيل تسمح للنباتات بامتصاص طاقة ضوئية إضافية من مناطق أخرى من الطيف المرئي. ومن هذه الأصباغ مجموعة أصباغ الكاروتينات، ومنها صبغة B كاروتين بيتا كاروتين) التي تمتص الضوء في المناطق الزرقاء والخضراء من الطيف، في حين تعكس أغلب الضوء في الشكل - عندما يتحلل الكلوروفيل المناطق الصفراء والبرتقالية والحمراء ، الشكل -7-2. وتعد أصباغ الكاروتين في أوراق بعض الأشجار، تصبح الأصباغ المسؤولة عن ألوان كل من الجزر والبطاطا الحلوة تعد صبغة الكلوروفيل في الأخرى أكثر وضوحًا. الأوراق أكثر شيوعًا ووفرة من الأصباغ الأخرى، لذلك فهي تطغى عليها، وتمنع ظهور ألوان الأصباغ الأخرى. ذلك يمكن أن يظهر اللون الأصفر والأحمر والبرتقالي في الأوراق في فصل الخريف نتيجة تحلل جزيئات الكلوروفيل، مما يسمح بظهور ألوان الصبغات الأخرى. المفردات. نقل الإلكترون Electron Transport يُشكل تركيب غشاء الثايلاكويد مفردات أكاديمية الأساس في الانتقال الفعال للطاقة في أثناء نقل الإلكترون؛ حيث يتميز غشاء النقل Transport الثايلاكويد بمساحة سطح كبيرة، مما يوفر المساحة اللازمة للاحتفاظ بأعداد كبيرة من الجزيئات الناقلة للإلكترون، وكذلك وجود نوعين من البروتينات هو حمل شيء من مكان إلى آخر. المعقدة التي تسمى الأنظمة الضوئية. تجرية 2-2 ملاحظة البلاستيدات الخضراء وتنقل جزيئات NADP الإلكترونات في أثناء عملية البناء الضوئي. كيف تبدو البلاستيدات الخضراء ؟ تعتمد معظم الأنظمة البيئية والمخلوقات الحية في العالم على عضيات صغيرة جدا تسمى البلاستيدات الخضراء. اكتشف كيف تبدو البلاستيدات الخضراء في هذا الاستقصاء؟ خطوات العمل BER 1 املأ بطاقة السلامة في دليل التجارب العملية. 2. لاحظ شرائح خلايا نباتية وأخرى للطحالب الخضراء بالمجهر المركب. 3. حدد البلاستيدات الخضراء في الخلايا التي تلاحظها . 4. اعمل جدول بيانات لتسجل ملاحظاتك، ثم ارسم البلاستيدات الخضراء داخل الخلايا. التحليل 1. قارن بين خصائص البلاستيدات الخضراء التي لاحظتها في الخلايا المختلفة. 2 كون فرضية لماذا تختلف أوراق النبات الخضراء في لونها؟ وزارة التعليم MinistrupEducation 435 2023-1445

الضوئي؟ يحوي النظامان الضوئيان (I و II أصباغا تمتص الضوء، وبروتينات تؤدي دورًا مهما في التفاعلات الضوئية. تتبع الشكل 28 في أثناء قراءتك عن نقل الإلكترون. ما الذي يؤثر في معدل عملية البناء . أولاً تحفز الطاقة الضوئية الإلكترونات في النظام الضوئي II، كما تؤدي الطاقة الضوئية إلى تحلل جزيء الماء منتجةً إلكترونا واحدًا إلى نظام نقل الإلكترون وأيون هيدروجين (يسمى أيضًا البروتون) - إلى الفراغ في أرجع إلى دليل التجارب العملية على منسة عين الإثرائية. الثايلاكويد - وكذلك الأكسجين (0) بوصفه ناتجا غير مستخدم. . تنتقل الإلكترونات المحفزة من النظام الضوئي II إلى جزيء مستقبل للإلكترون يوجد في غشاء الثايلاكويد. . ينقل الجزيء المستقبل للإلكترون لاحقا الإلكترونات عبر سلسلة من نواقل الإلكترون إلى النظام الضوئي 1. . ينقل النظام الضوئي 1 مع وجود الضوء الإلكترونات إلى بروتين يسمى فيرودوكسين، ويتم تعويض الإلكترونات المفقودة في النظام الضوئي ] بإلكترونات من النظام الضوئي II. . وأخيرًا ينقل بروتين فيرودوكسين الإلكترونات إلى ناقل الإلكترون NADP مكونا الجزيء المخزن للطاقة NADPH الأسموزية الكيميائية Chemiosmosis بالتزامن مع نقل الإلكترون يتم إنتاج جزيء ATP بعملية تسمى الأسموزية الكيميائية، وهي عملية يتم فيها إنتاج ATP نتيجة انتقال الإلكترونات مع تدرّج التركيز ولا تقتصر أهمية عملية تحلل جزيء الماء على توفير الإلكترونات اللازمة لبدء سلسلة نقل الإلكترون فقط، بل توفر أيضًا البروتونات الضرورية لتنشيط عملية بناء جزيء ATP خلال عملية الأسموزية الكيميائية. وتتراكم أيونات التي تحررت خلال عملية نقل الإلكترون على الجانب الداخلي للثايلاكويد. وبسبب التركيز العالي من أيونات + داخل الثايلاكويد وانخفاض تركيزها في الحشوة، تنتقل أيونات +H مع تدرّج التركيز من داخل الثايلاكويد إلى الحشوة عبر قنوات أيونية في الغشاء، كما في الشكل 28، وهذه القنوات عبارة عن إنزيمات تسمى إنزيمات بناء الطاقة ATP) synthases). وكلما انتقلت أيونات * عبر إنزيمات بناء الطاقة تكوّن ATP في الحشوة. ماذا قرأت؟ لخص وظيفة الماء في أثناء الأسموزية الكيميائية في عملية وزارة التعليم Ministry of Education 2023-1445 البناء الضوئي. 436

نقل الإلكترون Electron Transport الشكل - تنتقل الإلكترونات النشيطة من جزيء إلى آخر على طول غشاء الثايلاكويد في البلاستيدة الخضراء وتستخدم الطاقة الناتجة عن الإلكترونات في تكوين فرق في تركيز أيونات البروتونات ، وكلما انتقلت البروتونات مع تدرج التركيز تضاف مجموعة فوسفات إلى جزيء ADP، فتكون جزيء ATP و عندما تنتقل البروتونات عبر غشاء التايلاكويد من خلال إنزيم بناء ATP يتحول جزيء ADP إلى ATP ADP H إنزيم بناء ATP NADPH NADP" + H ATP غشاء التايلا كويد H* كلما انتقلت الإلكترونات عبر الغشاء يتم ضخ البروتونات إلى الفراغ في النابلا كويد الحشوة (اللحمة ) النظام الضوئي II النظام الضوئي 1 نواقل الكترون فيرودوكسين ( مستقبل إلكترونات (نهائي) يتم إعادة تحفيز الإلكترونات في النظام الضوئي 1. ويتكون جزيء NADPH. الأسموزية الكيميائية تتراكم البروتونات في فراغ الثايلا كويد. مكونة تدرجا في التركيز. H HT H H+ H H H₂O H 21 /202 الكترون نشيط تستخدم الطاقة الضوئية التي يمتصها النظام الضوئي II في عملية تحلل جزيء الماء التي ينتج عنها تحرر الأكسجين من الخلية، والبروتونات (H) التي تبقى في فراغ النابلا كويد وتحفز الإلكترونات التي تدخل سلسلة نقل الإلكترون. فراغ الثايلاكويد وزارة التعليم Ministry masations 437 2023-1445

مهن مرتبطة مع علم الأحياء اختصاصي كيمياء النبات المرحلة الثانية حلقة كالفن Phase two: Calvin Cycle على الرغم من أن جزيئات NADPH و ATP تزود الخلايا بكميات كبيرة من الطاقة إلا أنها جزيئات غير مستقرة بصورة كافية حتى تخزن الطاقة الكيميائية Phytochemist عالم الأحياء الذي يدرس النواتج الكيميائية فترات زمنية طويلة. لذا هناك مرحلة ثانية من عملية البناء الضوئي تسمى للنباتات، ويقوم بالأبحاث الطبية حلقة كالفن calvin cycle ، يتم فيها تخزين الطاقة في جزيئات عضوية مثل لإيجاد علاجات جديدة للأمراض. الجلوكوز. وتعد حلقة كالفن من التفاعلات التي لا تعتمد على الضوء. تتبع الشكل - في أثناء دراستك خطوات حلقة كالفن. . في الخطوة الأولى من حلقة كالفن تتحد ستة جزيئات من CO2 الجوي مع ستة جزيئات من سكر الرايبولوز الثنائي الفوسفات (سكر خماسي الكربون) تسمى هذه العملية تثبيت الكربون) لينتج 6 جزيئات من مركب سداسي الكربون. • في الخطوة الثانية، تنتقل الطاقة الكيميائية المخزنة في جزيئات ATP و NADPH إلى جزيئات PGA-3 لتكوين جزيئات ذات طاقة عالية تسمى جليسر الدهايد -3 الفوسفات (G3P). فجزيئات ATP تحفز مجموعة الفوسفات على تكوين (G3P)، في حين يوفر جزيء NADPH أيونات الهيدروجين والإلكترونات. • في الخطوة الثالثة، يخرج جزيئا (G3P) من الحلقة ليستخدما في إنتاج الجلوكوز ومركبات عضوية أخرى. . في الخطوة النهائية من حلقة كالفن يحول إنزيم يسمى روبيسكو rubisco، الجزيئات العشرة المتبقية من (G3P) إلى ستة جزيئات خماسية الكربون تسمى رايبولوز -5- أحادي الفوسفات، التي تتحول فيما بعد إلى ستة جزيئات من رايبولوز 15 ثنائي الفوسفات (RuBp). تتحد هذه الجزيئات مجددًا مع جزيئات جديدة من ثاني أكسيد الكربون لإعادة الحلقة مرة أخرى. ويعد إنزيم روبيسكو واحدًا من أهم الإنزيمات الحيوية؛ لأنه يحول جزيئات CO غير العضوية إلى جزيئات عضوية تستخدمها الخلية. بالإضافة إلى استخدام السكر الناتج عن حلقة كالفن مصدرًا للطاقة فإن النبات يستخدمه بوصفه وحدات بناء أساسية في الكربوهيدرات المعقدة، ومنها السيليلوز الذي يوفر الدعم للنبات. وزارة التعليم Ministry of Education 2023-1445 438

6 CO₂ خطوة 1 312- حمض جليسرين أحادي الفوسفات) 6 (رايبولوز - 15- ثنائي الفوسفات) 12 ATP 12 ADP 12 NADPH 12 NADP+ خطوة 2 حلقة كالفن خطوة 4 6 ADP 6 ATP 6 (رايبولوز - 5- أحادي الفوسفات) CCCCC روبيسكو خطوة 3 12 (جليسر ألدهايد 3- الفوسفات) 2 G3P ينتقل من البلاستيدة الخضراء لبناء الجلوكوز والفركتوز والنشا وغيرها. مسارات بديلة Alternative Pathways الشكل 9-2 تربط حلقة كالفن ثاني أكسيد الكربون مع الجزيئات العضوية تؤثر البيئة التي يعيش فيها المخلوق الحي في قدرته على القيام بعملية البناء داخل الحشوة في البلاستيدات الخضراء. حلقة كالفن. الضوئي؛ فالبيئة التي لا يوجد فيها كميات كافية من الماء أو ثاني أكسيد الكربون حدد المركب الذي يخزن الطاقة في نهاية تقلل من قدرة المخلوق الحي الذي يقوم بعملية البناء الضوئي على تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية. فمثلاً تتعرض النباتات التي تعيش في البيئات الجافة والحارة إلى فقدان كميات كبيرة من الماء؛ مما يقلل من عملية البناء الضوئي. وتحوي النباتات التي تعيش في مناخات قاسية مسارات بديلة في عملية البناء الضوئي تمكّنها من تحويل الحد الأقصى من الطاقة. نباتات C, plants C وهب الله - سبحانه وتعالى– للنباتات تكيفا في أحد المسارات التي تساعدها على الحفاظ على عملية البناء الضوئي بأقل حد ممكن من فقدان الماء، يسمى مسار .C. ويحدث هذا المسار في نباتات منها قصب السكر والذرة، وتسمى هذه النباتات نباتات ، لأنها تثبت ثاني أكسيد الكربون وتربطه مع مركبات رباعية الكربون بدلاً من مركبات ثلاثية الكربون في أثناء حلقة كالفن كما أن لنباتات ، تكيفات تركيبية مهمة في ترتيب الخلايا في الأوراق. وعموما تعمل نباتات على إغلاق ثغورها في الأيام الحارة، في حين تنتقل المركبات الرباعية الكربون إلى خلايا خاصة، حيث يدخل فيها ثاني أكسيد الكربون حلقة كالفن ، مما يسمح باستهلاك كمية كافية من ثاني أكسيد الكربون، ويقلل كمية الماء المفقودة. وزارة التعليم Ministry ducation 439 2023-1445

الشكل 10-2 نبات الأناناس مثال على نباتات CAM. 440 نباتات أيض الحمض العشبي CAM plants من مسارات التكيف الأخرى التي تستخدمها النباتات للقيام بعملية البناء الضوئي بأقصى فاعلية مسار يُسمى أيض الحمض العشبي Crassulacean Acid Metabolism) CAM). يحدث هذا المسار في النباتات التي تحتفظ بالماء وتعيش في الصحراء والمستنقعات المالحة وأي بيئة أخرى؛ حيث الوصول إلى الماء محدود جدا. ومنها الصبار والسحلب والأناناس في الشكل (10-2، التي تسمح لثاني أكسيد الكربون بالدخول إلى الأوراق في الليل فقط، أي عندما يميل الجو إلى البرودة والرطوبة. وفي الليل تقوم النباتات بتثبيت ثاني أكسيد الكربون في مركبات عضوية. وفي أثناء النهار يتم تحرير ثاني أكسيد الكربون من هذه المركبات ، ويدخل حلقة كالفن كما يسمح هذا المسار باستهلاك كمية كافية من ثاني أكسيد الكربون وتقليل فقدان الماء. التقويم 2-2 الخلاصة فهم الأفكار الرئيسة التفكير الناقد تحتوي النباتات على بلاستيدات خضراء الفكرة الرئيسة لخص كيف 6 توقع كيف تؤثر العوامل البيئية وأصباغ تمتص الضوء، وتحوّل الطاقة تتكون الطاقة الكيميائية من مثل كثافة الأشعة الضوئية الطاقة الضوئية في أثناء عملية و مستويات CO في معدلات الضوئية إلى طاقة كيميائية. تمر عملية البناء الضوئي بمرحلتين تضم تفاعلات ضوئية وحلقة كالفن. البناء الضوئي. 2 اربط تركيب البلاستيدة الخضراء البناء الضوئي؟ الكتابة في علم الأحياء ابحث في آثار الاحتباس في التفاعلات الضوئية، تمتص مع مراحل عملية البناء الضوئي الحراري في عملية البناء المخلوقات الحية الذاتية التغذي الطاقة : 3 فسر أهمية الماء في التفاعلات الضوئية، وتحولها إلى طاقة كيميائية في الضوئية. صورة ATP و NADPH .4 لخص الخطوات في حلقة كالفن في حلقة كالفن تستخدم الطاقة الكيميائية المخزنة في جزيئات ATP و NADPH : 5 ارسم آلية نقل الإلكترون وفسرها. لإنتاج الكربوهيدرات ومنها الجلوكوز. الضوئي، واكتب مقالة تُلخّص فيها ما توصلت إليه. وزارة التعليم Ministry of Education 2023-1445