تفاعلات المرحلة الكيموضوئية

 تفاعلات المرحلة الكيموضوئية

المرحلة الكيموضوئية هي أولى مراحل تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية كامنة، حيث تمر بمجموعة من التفاعلات التي سنتعرف عليها بالتفصيل في هذه المقالة. فماهي هذه التفاعلات؟

تفاعلات المرحلة الكيموضوئية

بين شروط عمل التيلاكويد انطلاقا من الوثيقة 1 ص 180 والجدول ص 183 الوثيقة 3 ص 181 

الوثيقة 1 ص 180

في بداية التجربة يكون تركيز O2 عند 220.

قيل إضافة 0.1 مل من مستقبل الإلكترونات يبقى تركيز O2 ثابت عند 220 في الظلام والضوء.

عند إضافة مستقبل الإلكترونات في فترة الضوء يزيد تركيز O2 حتى يصل 280 ثم يثبت.

عند إضافة 0.3 مل من مستقبل الإلكترونات في فترة الضوء يزيد من جديد تركيز O2 ثم يثبت عند 360 في الظلام.

👈 نستنتج أن الضوء ومستقبل الإلكترونات ضروريان لانطلاق O2

الجدول ص 183

تفاعلات المرحلة الكيموضوئية

في الوسط الأول تكون الجزيئة الحاملة للإشعاع هي CO2 فيكون الأكسجين المنطلق غير مشع.

في الوسط الثاني تكون الجزيئة الحانلة للإشعاع هي الماء فيكون الأكسجين المنطلق مشع.

👈 نستنتج أن مصدر الأكسجين المنطلق هو الماء.

الوثيقة 3 ص 181

تفاعلات المرحلة الكيموضوئية

من ز0 إلى ز1 في الظلام يكون تركيز الأكسجين و ATP ثابتين.

من ز1 إلى ز2 في الضوء تزايد ضئيل في تركيز الأكسجين و ATP.

من ز2 إلى ز3 في الضوء وبعد إضافة ADP+Pi تزايد كبير في تركيز الأكسجين و ATP.

بعد ز3 وفي الظلام يثبت تركيز الأكسجين و ATP.

👈 نستنتج أن ADP+Pi يحفزان انطلاق الأكسجين وتركيب ATP.

الربط (التبيان)

يتطلب عمل التيلاكويد وجود الضوء ومستقبل الإلكترونات و ADP+Pi، حيث يركب ATP ويحرر الأكسجين الناتج عن تفكك الماء.

اشرح آلية المرحلة الكيموضوئية مبرزا التفاعلات المميزة لها ونواتجها انطلاقا من الوثيقتين 6 و7 ص 185 والمخطط 2 من الوثيقة 10 ص 188

الوثيقة 6 185

تفاعلات المرحلة الكيموضوئية

النظام الضوئي عبارة عن معقد بروتيني ضمن غشاء التيلاكويد، تتخلله مجموعة من الأصبغة الهوائية كما يحتوي في المنتصف على مركز التفاعل الذي به صبغتين لمركز التفاعل من اليخضور أ.

الوثيقة 7 ص 185

تفاعلات المرحلة الكيموضوئية

1. استقبال الطاقة الضوئية من طرف صبغة هوائية P1: عند سقوط الفوتون الضوئي على الإلكترون الذي يدور في المدار الخارجي للصبغة الهوائية ترتفع طاقة الإلكترون فيقفز إلى مدار أعلى لأن طاقته أصبحت أعلى من طاقة مداره الأصلي نتيجة اكتساب طاقة الفوتون الضوئي.
2. تهيج صبغة هوائية P1: عندما يكون الإلكترون في المدار الخارجي تصبح الصبغة في حالة تهيج.
3. تهيج صبغة هوائية P2 بعد انتقال الطاقة إليها من صبغة هوائية مجاورة P1: تفقد الصبغة الهوائية P1 طاقة الفوتون الضوئي دون فقدان الإلكترون ليعود هذا الأخير إلى مداره الأصلي وتعود الصبغة الهوائية P1 إلى حالتها الأصلية، بينما تفقز طاقة الفوتون إلى صبغة هوائية مجاورة P2 فتتهيج بنفس الطريقة.
4. تهيج صبغة مركز التفاعل بعد انتقال الطاقة إليها من صبغة هوائية مجاورة P2: تفقد الصبغة الهوائية P2 طاقة الفوتون الضوئي دون فقدان الإلكترون ليعود هذا الأخير إلى مداره الأصلي وتعود الصبغة الهوائية P2 إلى حالتها الأصلية، بينما تفقز طاقة الفوتون إلى صبغة مركز التفاعل فتتهيج بنفس الطريقة.
5. تحرير إلكترون غني بالطالقة من صبغة مركز التفاعل (أكسدة): تفقد صبغة مركز التفاعل الإلكترون الغني بطاقة الفوتون فتصبح في حالة أكسدة.

المخطط 2 من الوثيقة 10 ص 188

تفاعلات المرحلة الكيموضوئية

✅ قبل طلوع الشمس يكون كمون الأكسدة والإرجاع للنظام الضوئي الثاني PSII يساوي +1.

✅ بعد طلوع الشمس تسقط الفوتونات الضوئية على PSII فتكتسب صبغتي مركز التفاعل P680 طاقة الفوتون فتزيد طاقة إلكتروني صبغتي مركز التفاعل مما يقلل كمون الأكسدة والإرجاع لها ليصبح -0.8.

✅ يمنح PSII إلكترونين غنيين بطاقة الفوتون للناقل T1 الذي يكون كمون الأكسدة والإرجاع له -0.6 وهو أكبر من كمون الأكسدة والإرجاع لـ PSII بعد التهيج.

✅ ينتقل الإكترونين الغنيين بطاقة الفوتون من T1 إلى T2 إلى T3 حسب تزايد كمون الأكسدة والإرجاع.

✅ قبل طلوع الشمس يكون كمون الأكسدة والإرجاع للنظام الضوئي الأول PSI يساوي +0.4.

✅ في نفس الوقت الذي تسقط فيه الفوتونات الضوئية على PSII تسقط كذلك على PSI فتكتسب صبغتي مركز التفاعل P700 طاقة الفوتون فتزيد طاقة إلكتروني صبغتي مركز التفاعل مما يقلل كمون الأكسدة والإرجاع لها ليصبح -1.2.

✅ يمنح PSI إلكترونين غنيين بطاقة الفوتون للناقل T'1 الذي يكون كمون الأكسدة والإرجاع له -1 وهو أكبر من كمون الأكسدة والإرجاع لـ PSI بعد التهيج.

✅ ينتقل الإكترونين الغنيين بطاقة الفوتون من T'1 إلى T'2 إلى +NADP حسب تزايد كمون الأكسدة والإرجاع.

✅ يستقبل +NADP الإلكترونين مع بروتونين من الحشوة ليرجع إلى NADPH.

✅ يستعيد النظام الضوئي الأول PSI إلكتروناته المفقودة من الناقل T3 كالتالي:

✅عند فقد PSI للإلكترونين تنخفض طاقة الإلكترونات فيه فيزيد كمون الأكسدة والإرجاع له من -1.2 إلى +0.4 ليصبح أكبر من كمون الأكسدة والإرجاع للناقل T3 الذي يساوي حوالي +0.3، عندها يمكن لـ PSI أخذ الإلكترونين من الناقل T3.

✅ يستعيد النظام الضوئي الثاني PSII إلكتروناته المفقودة من الماء الموجود في تجويف الكييس كالتالي:

✅ عند فقد PSII للإلكترونين تنخفض طاقة الإلكترونات فيه فيزيد كمون الأكسدة والإرجاع له من -0.8 إلى +1 ليصبح أكبر من كمون الأكسدة والإرجاع للماء الذي يساوي حوالي +0.82، عندها يمكن لـ PSII أخذ الإلكترونين من الماء.

✅ ينتج عن تفكك الماء تحرير بروتونين في تجويف الكييس وانطلاق الأكسجين.

✅ تستمر هذه العملية خلال ساعات النهار أي أثناء التعرض للضوء.

👈 نستنتج أن انتقال الإلكترونات عبر السلسلة التركيبية الضوئية يتم حسب تزايد كمون الأكسدة والإرجاع.

💣 تتراكم البروتونات في تجويف الكييس نتيجة عمليتين هما:

أكسدة الماء التي يستعيد من خلالها النظام الضوئي الثاني PSII إلكتروناته المفقودة، هذه الأكسدة ينتج عنها بروتونين عن كل جزيئة ماء مفككة يتحرران في تجويف التيلاكويد.

انتقال الإلكترونات من الناقل T1 إلى الناقل T2 يحرر طاقة يستعملها الناقل T2 في ضخ البروتونات عكس تدرج تركيزها من الحشوة إلى تجويف الكييس. كيف؟

الفارق كبير بين كمون الأكسدة والإرجاع للناقل T2 والناقل T1 وهذا يؤدي إلى تحرير طاقة كبيرة أثناء انتقال الإلكترونات بين الناقلين.

يستعمل الناقل T2 تلك الطاقة لضخ البروتونات من الحشوة نحو تجريف الكييس عكس تدرج تركيزها، حيث كل إلكترون ينتقل من T1 إلى T2 يقابله بروتون يضخ من الحشوة نحو تجويف الكييس. يسمى هذا النقل بالنقل الفعال.

ما الذي جعلنا نقول أن ضخ البروتونات يكون عكس تدرج التركيز؟

بمجرد طلوع الشمس تبدأ الفوتونات الضوئية بالسقوط طيلة النهار على الأنظمة الضوئية وهذا يعني أكسدتها بشكل دائم وبالتالي استعادة الكتروناتها المفقودة من الماء بشكل دائم مما يؤدي إلى تحرير البروتونات بشكل دائم في تجويف الكييس خلال النهار، وهذا يؤدي إلى تراكمها فيه.

ينتج عن هذه العملية ارتفاع مستمر للبروتونات دخل تجويف الكييس خلال ساعات النهار مقارنة بالحشوة. فينشأ تدرج لتركيز البروتونات من تجويف الكييس نحو الحشوة.

ماهو مصير البروتونات المتراكمة في تجويف الكييس؟

حدد شروط وآلية تركيب ATP على مستوى الكييس انطلاقا من الوثيقة 12 ص 190

تفاعلات المرحلة الكيموضوئية

تمت كل مراحل التجربة في الظلام في وسط به ADP+Pi حيث:

المرحلة (1): يكون pH=7 داخل الكييسات المعزولة ويساوي pH خارجه، مما يعني أن تركيز البروتونات متساوي داخل وخارج الكييسات.

المرحلة (2): يتم جعل pH الوسط خارج الكييسات يساوي 4 وهو أقل منه داخلها حيث يساوي 7، ما يعني أن تركيز البروتونات خارج الكييس أصبح أكبر من تركيزها داخله.

المرحلة (3): يصبح pH داخل وخارج الكييسات متساوي ويساوي 4، أي أن تركيز البروتونات متساوي في الوسطين.

المرحلة (4): إضافة NaOH إلى الوسط خارج الكييسات فيرتفع pH إلى 8 بينما يبقى pH دخل الكييسات منخفض ويساوي 4، وهذا يعني أن تركيز البروتونات في داخل الكييسات أكبر من تركيزها خارجه. فيلاحظ تركيب ATP.

نستنتج أن تركيب ATP يتطلب توفر تدرج في تركيز البروتونات (تركيز مرتفع في تجويف الكييس مقارنة بالحشوة).

آلية تركيب ATP

عند سقوط الفوتونات الضوئية على الأنظمة الضوئية يتم تفكيك الماء وتتحرر البروتونات في تجويف الكييس ومن جهة أخرى تضخ البروتونات عبر الناقل T2 من الحشوة نحو تجويف الكييس نتيجة انتقال الإكترونات عبر السلسلة التركيبية الضوئية.

تؤدي هتان العمليتان إلى تراكم البروتونات في تجويف الكييس مما يحدث تدرجا في تركيزها نحو الحشوة.

المنفذ الوحيد لخروج البروتونات من تجويف الكييس هو الكرية المذنبة (إنزيم ATP سنتاز) فتخرج البروتونات عبرها.

يتولد عن خروج البروتونات طاقة تستعملها الكرية المذنبة في فسفرة ADP لتركيب ATP.

ملخص درس تفاعلات المرحلة الكيموضوئية

تتضمن المرحلة الكيموضوئية ظاهرتين هما:

الأكسدة الضوئية

عند سقوط الفوتونات الضوئية على الأنظمة الضوئية تتحرر إلكترونات، التي تنتقل عبر السلسلة التركيبية الضوئية لتصل إلى مستقبل الإلكترونات +NADP فيرجع إلى NADPH. لكن هذا يتم بعد أكسدة الماء لاستعادة إلكترونات الأنظمة الضوئية.

إذن عبارة أكسدة ضوئية تعني أكسدة الماء في وجود الضوء.

ينتج عن الأكسدة الضوئية إرجاع مستقبل الإلكترونات NADPH.

الفسفرة الضوئية

تراكم البروتونات في تجويف الكييس نتيجة أكسدة الماء وضخ البروتونات من الحشوة نحو تجويف الكييس، وكلا العمليتين ناتجتين عن سقوط الفوتونات الضوئية، فيتشكل تدرج في تركيزها وعند خروجها من تجويف الكييس نحو الحشوة يتركب ATP نتيجة فسفرة ADP.

إذن عبارة فسفرة ضوئية تعني فسفرة ADP (تركيب ATP) في وجود الضوء.

ينتج عن الفسفرة الضوئية تركيب ATP.

المعادلة الإجمالية للمرحلة الكيموضوئية

معادلة تفكك الماء

تفاعلات المرحلة الكيموضوئية

معادلة ارجاع مستقبل الإلكترونات

تفاعلات المرحلة الكيموضوئية

يجب التخلص من 1/2 O2 لذلك نضرب معادلة أكسدة الماء في 2 كالتالي

تفاعلات المرحلة الكيموضوئية

نضرب معادلة إرجاع مستقبل الإلكترونات في 2 أيضا لكي نتحصل على نفس عدد الإلكترونات في تفاعلي الأكسدة والإرجاع 

تفاعلات المرحلة الكيموضوئية

معادلة تركيب ATP

تفاعلات المرحلة الكيموضوئية

بعد جمع المعادلات السابقة نتحصل على المعادلة الإجمالية للمرحلة الكيموضوئية بالشكل التالي

تفاعلات المرحلة الكيموضوئية

اقتراح نموذج تفسيري لآلية المرحلة الكيموضوئية مع تبيان التفاعلات المميزة لها ونواتجها

تفاعلات المرحلة الكيموضوئية

يمكنك عزيزي التلميذ تحميل الدرس بصيغة pdf برابط مباشر ميديا فاير من هنا

يمكنك زميلي الأستاذ تحميل الدرس بصيغة word برابط مباشر ميديا فاير من هنا 

شرح الدرس بالفيديو

الجزء الأول

الجزء الثاني

الجزء الثالث

الجزء الرابع

الجزء الخامس

الجزء السادس

📢 إذا واجهتك أي صعوبة في الاستيعاب فلا تتردد في طرح سؤالك في التعليقات 

تعديل المقال