البلاستيدات الخضراء هي هياكل غشائية يتم فيها التمثيل الضوئي. سمحت هذه العملية في النباتات العليا والبكتيريا الزرقاء للكوكب بالحفاظ على القدرة على دعم الحياة من خلال استخدام ثاني أكسيد الكربون وتجديد تركيز الأكسجين. يحدث التمثيل الضوئي نفسه في هياكل مثل الثايلاكويدات. هذه هي "وحدات" غشاء من البلاستيدات الخضراء ، حيث يتم نقل البروتونات ، والتحلل الضوئي للماء ، وتكوين الجلوكوز ، و ATP.
هيكل البلاستيدات الخضراء النباتية
تسمى البلاستيدات الخضراء هياكل الغشاء المزدوج الموجودة في سيتوبلازم الخلايا النباتية والكلاميوموناس. في المقابل ، تقوم الخلايا الزرقاء البكتيرية بعملية التمثيل الضوئي في الثايلاكويدات ، وليس في البلاستيدات الخضراء. هذا مثال على كائن حي غير مكتمل النمو قادر على توفير تغذيته من خلال إنزيمات التمثيل الضوئي الموجودة على نتوءات السيتوبلازم.
وفقًا لتركيبها ، فإن البلاستيدات الخضراء عبارة عن عضية ثنائية الغشاء على شكل فقاعة. توجد بأعداد كبيرة في خلايا نباتات التمثيل الضوئي وتتطور فقط في حالةالاتصال بالأشعة فوق البنفسجية. يوجد داخل البلاستيدات الخضراء سدى السائل. في تركيبته ، يشبه الهيالوبلازم ويتكون من 85٪ ماء ، حيث تذوب الإلكتروليتات وتعلق البروتينات. تحتوي سدى البلاستيدات الخضراء على ثايلاكويدات ، وهي الهياكل التي تستمر فيها المراحل الفاتحة والداكنة لعملية التمثيل الضوئي مباشرة.
جهاز وراثي من البلاستيدات الخضراء
بجانب الثايلاكويدات توجد حبيبات من النشا ، وهو نتاج بلمرة الجلوكوز الناتج عن عملية التمثيل الضوئي. بحرية في السدى يوجد دنا بلاستيد مع ريبوسومات مبعثرة. يمكن أن يكون هناك العديد من جزيئات الحمض النووي. جنبًا إلى جنب مع جهاز التخليق الحيوي ، فهم مسؤولون عن استعادة بنية البلاستيدات الخضراء. يحدث هذا دون استخدام المعلومات الوراثية لنواة الخلية. تتيح هذه الظاهرة أيضًا الحكم على إمكانية النمو المستقل والتكاثر للبلاستيدات الخضراء في حالة انقسام الخلايا. لذلك ، لا تعتمد البلاستيدات الخضراء ، في بعض النواحي ، على نواة الخلية وتمثل ، كما كانت ، كائنًا تكافليًا متخلفًا.
هيكل الثايلاكويدات
الثايلاكويدات عبارة عن هياكل غشائية على شكل قرص تقع في سدى البلاستيدات الخضراء. في البكتيريا الزرقاء ، تقع تمامًا في غزوات الغشاء السيتوبلازمي ، حيث لا تحتوي على بلاستيدات خضراء مستقلة. هناك نوعان من الثايلاكويدات: الأول هو ثايلاكويد مع لومن ، والثاني هو نوع رقائقي. يكون الثايلاكويد ذو التجويف أصغر في القطر وهو قرص. عدة ثايلاكويدات مرتبة عموديًا تشكل جرانا.
الثايلاكويدات الصفائحية عبارة عن ألواح عريضة لا تحتوي على تجويف. لكنها منصة ترتبط بها العديد من الحبوب. في نفوسهم ، لا يحدث التمثيل الضوئي عمليًا ، حيث إنها ضرورية لتشكيل بنية قوية مقاومة للضرر الميكانيكي للخلية. في المجموع ، يمكن أن تحتوي البلاستيدات الخضراء على ما بين 10 إلى 100 ثايلاكويد مع لومن قادر على التمثيل الضوئي. الثايلاكويدات نفسها هي الهياكل الأساسية المسؤولة عن التمثيل الضوئي.
دور الثايلاكويدات في التمثيل الضوئي
تحدث أهم تفاعلات التمثيل الضوئي في الثايلاكويدات. الأول هو الانقسام الضوئي لجزيء الماء وتخليق الأكسجين. والثاني هو عبور البروتون عبر الغشاء عبر المركب الجزيئي السيتوكروم b6f وسلسلة النقل الكهربائي. أيضًا في الثايلاكويدات ، يحدث تخليق جزيء ATP عالي الطاقة. تحدث هذه العملية باستخدام التدرج البروتوني الذي نشأ بين غشاء الثايلاكويد وسدى البلاستيدات الخضراء. هذا يعني أن وظائف الثايلاكويدات تجعل من الممكن تحقيق مرحلة الضوء الكاملة لعملية التمثيل الضوئي.
مرحلة الضوء من عملية التمثيل الضوئي
الشرط الضروري لوجود التمثيل الضوئي هو القدرة على تكوين غشاء محتمل. يتم تحقيقه من خلال نقل الإلكترونات والبروتونات ، مما يؤدي إلى إنشاء تدرج H + ، وهو أكبر 1000 مرة من أغشية الميتوكوندريا. من الأفضل أخذ الإلكترونات والبروتونات من جزيئات الماء لتكوين جهد كهروكيميائي في الخلية. تحت تأثير الفوتون فوق البنفسجي على أغشية الثايلاكويد ، يصبح هذا متاحًا. يتم إخراج إلكترون من جزيء ماء واحديكتسب شحنة موجبة ، وبالتالي ، لتحييدها ، من الضروري إسقاط بروتون واحد. نتيجة لذلك ، تتحلل 4 جزيئات ماء إلى إلكترونات وبروتونات وتشكل الأكسجين.
سلسلة عمليات التمثيل الضوئي
بعد التحلل الضوئي للماء ، يعاد شحن الغشاء. الثايلاكويدات هي هياكل يمكن أن يكون لها درجة حموضة حمضية أثناء نقل البروتون. في هذا الوقت ، يكون الرقم الهيدروجيني في سدى البلاستيدات الخضراء قلويًا قليلاً. هذا يولد جهدًا كهروكيميائيًا يجعل تخليق ATP ممكنًا. سيتم استخدام جزيئات الأدينوزين ثلاثي الفوسفات لاحقًا لاحتياجات الطاقة والمرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي. على وجه الخصوص ، يتم استخدام ATP بواسطة الخلية للاستفادة من ثاني أكسيد الكربون ، والذي يتحقق من خلال تكثيفه وتخليق جزيئات الجلوكوز بناءً عليها.
في المرحلة المظلمة ، يتم تقليل NADP-H + إلى NADP. في المجموع ، يتطلب تخليق جزيء جلوكوز واحد 18 جزيء ATP و 6 جزيئات من ثاني أكسيد الكربون و 24 بروتون هيدروجين. يتطلب هذا تحليلاً ضوئيًا لـ 24 جزيء ماء لاستخدام 6 جزيئات من ثاني أكسيد الكربون. تسمح لك هذه العملية بإطلاق 6 جزيئات أكسجين ، والتي ستستخدمها كائنات أخرى لاحقًا لاحتياجاتها من الطاقة. في الوقت نفسه ، تعتبر الثايلاكويدات (في علم الأحياء) مثالًا على بنية غشاء تسمح باستخدام الطاقة الشمسية وإمكانات الغشاء مع تدرج الأس الهيدروجيني لتحويلها إلى طاقة الروابط الكيميائية.
