سوالات جای خالی گفتار دوم فصل ششم زیست دوازدهم | یادگیری فعال برای کنکور و امتحان نهایی

گفتار ۲     واکنش‌های فتوسنتزی

واکنش‌های فتوسنتزی را در دو گروه واکنش‌های [نمایش پاسخ] و [نمایش پاسخ] قرار می‌دهند. در ادامه به معرفی این [نمایش پاسخ] نوع واکنش می‌پردازیم.

واکنش‌های [نمایش پاسخ]: واکنش‌های [نمایش پاسخ]

وقتی نور به مولکول‌های [نمایش پاسخ] می‌تابد، [نمایش پاسخ] انرژی می‌گیرد و ممکن است از [نمایش پاسخ] خود خارج شود. به چنین الکترونی، الکترون [نمایش پاسخ] می‌گویند، زیرا [نمایش پاسخ] و از [نمایش پاسخ] خود خارج شده است. الکترون [نمایش پاسخ] ممکن است با انتقال انرژی به مولکول [نمایش پاسخ] بعدی، به [نمایش پاسخ] خود برگردد یا از [نمایش پاسخ] خارج و به وسیله [نمایش پاسخ] یا [نمایش پاسخ] دیگر گرفته شود (شکل ۴).

در فتوسنتز، انرژی الکترون‌های برانگیخته در [نمایش پاسخ] موجود در [نمایش پاسخ] از رنگیزه‌ای به رنگیزه دیگر منتقل و در نهایت، به [نمایش پاسخ] واکنش می‌رود و در آنجا سبب ایجاد الکترون برانگیخته در [نمایش پاسخ] و خروج [نمایش پاسخ] از آن می‌شود (شکل ۵).

الکترون برانگیخته از [نمایش پاسخ] بعد از عبور از زنجیره [نمایش پاسخ] به مرکز واکنش در [نمایش پاسخ] می‌رود. همچنین، الکترون برانگیخته از [نمایش پاسخ] در نهایت به مولکول [نمایش پاسخ] می‌رسد (شکل ۶).

دو نوع زنجیره [نمایش پاسخ] در [نمایش پاسخ] تیلاکوئید وجود دارد. یک زنجیره بین [نمایش پاسخ] و [نمایش پاسخ] و دیگری بین [نمایش پاسخ] و [نمایش پاسخ] قراردارد.

⁺NADP با گرفتن دو الکترون، بار منفی پیدا می‌کند و با ایجاد پیوند با پروتون به مولکول NADPH تبدیل می‌شود (واکنش ۲).

NADP⁺ + 2e^– + 2H⁺ → NADPH + H⁺

واکنش ۲- تشکیل NADPH

ایجاد الکترون برانگیخته بر اثر تابش نور

الف) الكترون برانگیخته انرژی را به مولکول مجاور منتقل می‌کند و به سطح انرژی قبلی خود برمی گردد.

ب) یا به مولکول مجاور می‌رود

شکل ۴- ایجاد الکترون برانگیخته و سرانجام آن

شکل ۵- انتقال انرژی به مرکز واکنش و خروج الكترون از آن

با توجه به شکل ۶ در می یابیم الکترونی که از سبزینه a در مرکز واکنش فتوسیستم ۲ می‌آید، کمبود الکترون سبزینه a در فتوسیستم ۱ را جبران می‌کند، اما کمبود الکترون سبزینه a در فتوسیستم ۲ چگونه جبران می‌شود؟

تجزیه نوری آب: به شکل ۶ نگاه کنید: در این شکل می‌بینید، مولکول‌های آب تجزیه می‌شوند و الکترون‌های حاصل از آن به فتوسیستم ۲ می‌روند. تجزیه آب به علت فرایندهایی است که به اثر نور مربوط می‌شود. بنابراین به آن، تجزیه نوری آب می گویند.

تجزیه نوری آب در فتوسیستم ۲ و در سطح داخلی تیلاکوئید انجام می‌شود. حاصل تجزیه آب در فتوسیستم ۲، الكترون، پروتون و اکسیژن است (واکنش ۳). الکترون‌ها، کمبود الکترونی سبزینه a در مرکز واکنش فتوسیستم ۲ را جبران می‌کنند و پروتون‌ها در فضای درون تیلاکوئیدها تجمع می‌یابند.

H2O → 2H⁺ + 1/2 O₂ + 2e^–

واکنش ۳- تجزيه آب

شکل ۶- طرحی از فتوسیستم ها و انتقال الكترون در واکنش‌های نوری

ساخته شدن ATP در فتوسنتز

یکی از اجزای زنجیره انتقال الكترون که بین فتوسیستم ۲ و ۱ قرار دارد، پروتئینی است که یون‌های ⁺H را از بستره به فضای درون تیلاکوئیدها پمپ می‌کند. بنابراین، با گذشت زمان تعدادی پروتون از بستره به فضای درون تیلاکوئید وارد می‌شود.

همچنین دانستیم که تعدای پروتون از تجزیه آب، درون فضای تیلاکوئید به وجود می‌آید. در نتیجه، به تدریج بر تراکم پروتون‌ها در فضای درون تیلاکوئیدها نسبت به بستره افزوده می‌شود.

پروتون‌ها بر اساس شیب غلظت خود می‌خواهند از فضای درون تیلاکوئید به بستره بروند، اما نمی‌توانند از طریق انتشار از غشای تیلاکوئید عبور کنند. پس، پروتون‌ها از چه راهی به بستره می‌روند؟

در غشای تیلاکوئید مجموعه‌ای پروتئینی به نام آنزیم ATPساز وجود دارد. این آنزیم مشابه آنزیم ATPساز در راکیزه است. پروتون‌ها فقط از طریق این آنزیم می‌توانند به بستره منتشر شوند. همانند آنچه در راکیزه رخ می‌دهد، همراه با عبور پروتون‌ها از این آنزیم، ATP ساخته می‌شود.

به ساخته شدن ATP در واکنش‌های نوری، ساخته شدن نوری ATP می گویند، زیرا حاصل فرایندی است که با نور به راه می افتد.

واکنش‌های مستقل از نور: واکنش‌های تثبیت کربن

می دانیم که در فتوسنتز، مولکول‌های CO2 به قند تبدیل می‌شوند. ساخته شدن این مولکول همانند تجزیه آن به یکباره رخ نمی‌دهد.

عدد اکسایش اتم کربن در مولکول قند، نسبت به کربن در CO2، کاهش یافته است، بنابراین گیاه برای ساختن قند، به انرژی و منبعی برای تأمین الکترون نیاز دارد که از واکنش‌های وابسته به نور تأمین می‌شوند.

ساخته شدن قند در چرخه‌ای از واکنش‌ها، به نام چرخه کالوین رخ می‌دهد (شکل ۷). این واکنش‌ها در بستره سبزدیسه انجام می‌شوند.

شكل ۷- چرخه کالوین

در چرخه کالوین CO2 با قندی پنج کربنی به نام ریبولوزبیس فسفات ترکیب و مولکول شش کربنی ناپایداری تشکیل می‌شود. افزوده شدن CO2 به مولکول پنج کربنی، با آنزیم روبيسکو (ريبولوز بیس فسفات کربوکسیلاز- اکسیژناز) و فعالیت کربوکسیلازی آن (تشکیل گروه کربوکسیل) انجام می‌شود. هر مولکول شش کربنی که ناپایدار است، بلافاصله تجزیه و دو مولکول اسید سه کربنی ایجاد می‌کند. این مولکول‌ها در نهایت به قندهای سه کربنی تبدیل می‌شوند.

همان طور که در شکل ۷ می‌بینید، تعدادی از این قندها برای ساخته شدن گلوکز و ترکیبات آلی دیگر و تعدادی نیز برای بازسازی ریبولوزبیس فسفات به مصرف می‌رسند.

گرچه واکنش‌های کالوین مستقل از نور انجام می‌شوند، اما انجام این واکنش‌ها وابسته به ATP و NADPH حاصل از واکنش‌های نوری است.

در چرخه کالوین دیدیم که CO2 برای ساخته شدن ترکیب آلی به کار می‌رود. به فرایند استفاده از CO2 برای تشکیل ترکیب‌های آلی تثبیت کربن می‌گویند.

دیدیم اولین ماده آلی پایدار ساخته شده، ترکیبی سه کربنی است؛ به همین علت به گیاهانی که تثبیت کربن در آنها فقط با چرخه کالوین انجام می‌شود، گیاهان C3 می گویند. اکثر گیاهان C3 هستند؛ گرچه انواع دیگری از تثبیت کربن در طول حیات گیاهان روی زمین نیز شکل گرفته است که در گفتار بعد به آنها می‌پردازیم.

اثر محیط بر فتوسنتز

بدیهی است فرایندی مانند فتوسنتز تحت تأثیر محیط باشد. به نظر شما چه عوامل محیطی بر فتوسنتز اثر می‌گذارند؟

با توجه به واکنش کلی فتوسنتز، انتظار داریم نور و CO2 از عوامل مؤثر بر فتوسنتز باشند. مشاهدات نشان می‌دهد، میزان CO2، طول موج، شدت و مدت زمان تابش نور بر فتوسنتز اثر می‌گذارند.

از طرفی فتوسنتز فرایندی آنزیمی است و می دانیم بیشترین فعالیت آنزیم‌ها در گستره دمایی خاص انجام می‌شود، بنابراین دما نیز بر فتوسنتز اثر می‌گذارد. همچنین خواهیم دید که میزان اکسیژن نیز بر فتوسنتز اثر دارد.