التمثيل الضوئي هو العملية التي تقوم بها النباتات والطحالب وبعض البكتيريا بتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية. يحدث في البلاستيدات الخضراء للخلايا النباتية ويتضمن سلسلة معقدة من التفاعلات التي يمكن تقسيمها إلى مرحلتين: التفاعلات المعتمدة على الضوء والتفاعلات المستقلة عن الضوء.
ردود الفعل المعتمدة على الضوء:
المرحلة الأولى من عملية التمثيل الضوئي هي التفاعلات المعتمدة على الضوء ، والتي تحدث في أغشية الثايلاكويد للبلاستيدات الخضراء. تستخدم هذه التفاعلات الطاقة الضوئية لتحويل ADP (ثنائي فوسفات الأدينوسين) والفوسفات غير العضوي إلى ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) وتقليل NADP + (فوسفات نيكوتيناميد أدينين ثنائي النوكليوتيد) إلى NADPH (شكل مخفض من NADP +). تتضمن التفاعلات المعتمدة على الضوء الخطوات التالية:
امتصاص الضوء: تمتص الأصباغ (الكلوروفيل بشكل رئيسي) في أغشية الثايلاكويد طاقة الضوء من الشمس.
نقل الإلكترون: تُستخدم الطاقة الممتصة لنقل الإلكترونات من جزيئات الماء إلى NADP + ، لإنتاج NADPH.
تخليق ATP: عندما تتحرك الإلكترونات عبر سلسلة نقل الإلكترون ، فإنها تضخ البروتونات (H +) عبر غشاء الثايلاكويد. ثم يتم استخدام التدرج البروتوني الناتج لإنتاج ATP من ADP والفوسفات غير العضوي.
ردود الفعل الخفيفة المستقلة:
المرحلة الثانية من عملية التمثيل الضوئي هي التفاعلات المستقلة عن الضوء ، والمعروفة أيضًا باسم دورة كالفين أو التفاعلات المظلمة. تحدث هذه التفاعلات في سدى البلاستيدات الخضراء وتستخدم ATP و NADPH المنتجين في التفاعلات المعتمدة على الضوء لتحويل ثاني أكسيد الكربون (CO2) إلى جلوكوز (C6H12O6). تتضمن التفاعلات المستقلة للضوء الخطوات التالية:
تثبيت الكربون: يتم تثبيت جزيئات ثاني أكسيد الكربون في مركبات عضوية من خلال إنزيم روبيسكو.
الاختزال: يتم تقليل الكربون الثابت بواسطة NADPH و ATP لتكوين سكر ثلاثي (glyceraldehyde-3-phosphate، G3P).
التجديد: يستخدم G3P المتبقي لتجديد جزيء المستقبل الأصلي ، RuBP (ريبولوز -1،5-بيسفوسفات) ، في سلسلة من التفاعلات التي تتطلب ATP.
بشكل عام ، يعتبر التمثيل الضوئي عملية معقدة تتضمن امتصاص الطاقة الضوئية ، وتحويل هذه الطاقة إلى طاقة كيميائية على شكل ATP و NADPH ، واستخدام هذه الطاقة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى جلوكوز. هذه العملية ضرورية لبقاء النباتات ، كما أنها توفر الأكسجين الضروري لبقاء الحيوانات.