مكان حدوث البناء الضوئي داخل الخلية

مكان حدوث البناء الضوئي داخل الخلية في

البلاستيدات الخضراء أو ما تسمى بالأصباغ.

تعتمد النباتات في حياتها على عملية البناء الضوئي للحصول على الطاقة، فهي تحصل على طاقة ضوء الشمس نهاراً وتحول غاز ثاني أكسيد الكربون والماء إلى سكريات وأكسجين، وقد وضع العلماء الميكروسكوب على هذه العملية ليعرفوا أن مكان حدوث البناء الضوئي داخل الخلية في البلاستيدات الخضراء أو بمصطلح آخر (الأصباغ).

تلك الأصباغ هي خلايا عضية غير موجودة في الكائنات حقيقيات النواة (الخلايا الحيوانية) بإستثناء النباتات الخضراء والطحالب والتي يكون لها دور هام في عدة عمليات حيوية ولازمة لإبقاء النبات على قيد الحياة. [1]

تكوين البلاستيدات الخضراء

• غلاف خارجي.
• غلاف داخلي.
• منطقة الجرانا.
• منطقة السدى.

أغلفة البلاستيدات الخضراء: عثر العلماء على البلاستيدات الخضراء في هيئة جسم بيضاوي محدب الوجهين داخل الطبقة المتوسطة للخلية النباتية بأوراق النباتات وكذلك وجدوا عدد ليس بكبير في السيقان وتحديداً داخل الأنسجة البرنشيمية، ويبلغ حجمها ما يقرب من 4-6 ميكرومتر وقطرها 1-3 ميكرومتر.

وتتشابه أغشية البلاستيدات الخضراء مع أغشية الميتوكندريا (خلية عضية مسئولة عن إنتاج الطاقة)؛ فكل واحدة منهما يلفها غشاءانكما يأتي:

الغلاف الخارجي: معدل نفاذيته أكبر للجزيئات العضوية.

الغلاف الداخلي: معدل نفاذه لتلك الجزيئات أقل؛ فهو يحتوي على بروتينات النقل، ويصل سمك هذان الغلافان معاً إلى 10 نانومتر تقريباً.

منطقة الجرانا: توجد داخل البلاستيدات الخضراء منطقة تسمى (الجرانا) ومفردها (جرانوم)، وتطلق بعض الكتب العلمية لفظ غشاءً داخلياً ثالثاً للبلاستيدات الخضراء على منطقة الجرانا، التي تتشكل في هيئة أقراص متراصة تسمى (الثايلاكويدات أو الصفائح) ويبلغ عددها 15 قرصاً أو أكثر قليلاً في كل جرانوم.

وهي المسئولة الرئيسية عن عملية تجميع الطاقة الضوئية من الشمس لتحويلها إلى طاقة كيميائية، وذلك لتواجد عدة أصباغ أهمها صبغة (الكلوروفيل) الصبغة الخضراء التي تساهم في عملية التمثيل الضوئي.

منطقة السدى: منطقة الستروما أو كما قولنا عليها سابقاً منطقة السدى؛ فهي المنطقة التي تحوي الجرانا، ويوجد بها سائل بلا لون، قلوي، مائي، غني بالبروتين، والإنزيمات، والحمض النووي، والريبوزومات.  [1] [3]

التطور الجيني للبلاستيدات الخضراء

تنحدر البلاستيدات الخضراء من عائلة البروبلاستيدات، مثلها مثل الكروموبلاستيدات، والبلاستيدات البيضاء، وغيرهم، وقد أجرى العلماء عدة أبحاث حول التطور الجيني للبلاستيدات الخضراء لمعرفة أصلها وتكوينها، ليصلوا باستنتاجاتهم إلى أن تلك العضيات كانت في الأصل بدائيات نوى (بكتيريا زرقاء) نظراً لوجود الحمض النووي (cpDNA) خارج النواة، الذي يعمل على البناء الضوئي وكذلك علميات النسخ والنقل للأشرطة الجينية (RNA).

وهذا يعني أن هذا النوع من البلاستيدات شبه مستقل مثل الميتوكندريا، يُعتقد أن البلاستيدات الخضراء قد تطورت من بكتيريا كانت تعيش في السابق بحرية. [2] [3]

وظيفة البلاستيدات الخضراء

• لها دور رئيسي في عملية البناء الضوئي، إذ تعمل على تصنيع الأصباغ المستخدمة في تصنيع الغذاء لجميع النباتات الخضراء مثل (صبغة الكلوروفيل والكاروتينات).
• إضفاء اللون الأخضر على النباتات نتيجة تخليق صبغة الكلوروفيل.
• تحويل غاز ثاني أكسيد الكربون إلى كربوهيدرات وسكرايات أثناء دورة كالفين (التفاعل المظلم لعملية التمثيل الضوئي).
• تقليل نسبة الكبريت والنيتروجين.
• إنتاج المركب NADPH وغاز الأكسجين من خلال التحلل الضوئي للماء.
• إنتاج مركب ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) من خلال عملية التمثيل الضوئي.
• تستشعر الضغوط البيئية وتخلق مجموعة من المركبات النشطة بيولوجياً، وتصنع كذلك هرومونات نباتية، وتتواصل مع النواة من خلال إشارات رجعية من البلاستيد إلى النواة لتحمي النبات من تلك الضغوط وتساعده على التأقلم.
• تشارك في تصنيع بعض المركبات العضوية الهامة للخلايا الأخرى لإتمام عملية التمثيل الغذائي؛ مثل: الأحماض الدهنية، والمستقبلات الثانوية، والأيزوبرينويدات، ورباعي بيرول، والأحماض الأمينية، البيورينات، والبيريميدين، وكذلك البنتوز الضروري لتراكم الأحماض النووية.

مراحل التمثيل االغذائي

• المرحلة الأولى.
• المرحلة الثانية.

البلاستيدات الخضراء هي جزء من الخلايا النباتية والطحالب التي لها دور مهم في عملية التمثيل الضوئي، وهي عملية تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة مخزنةفي هيئة سكر وجزيئات عضوية أخرى يستخدمها النبات أو الطحالب كغذاء، إذ يتكون التمثيل الضوئي من مرحلتين.

المرحلة الأولى: تحدث التفاعلات المعتمدة على الضوء، وتلتقط هذه التفاعلات ضوء الشمس من خلال صبغتي الكلوروفيل والكاروتينات لتكوين أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP – عملة الطاقة في الخلية)، وفوسفات نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NADPH) الذي يحمل الإلكترونات.

المرحلة الثانية: فتتكون من تفاعلات الضوء المستقلة، والمعروفة أيضاً باسم (دورة كالفين)، وفي دورة كالفين تحول الإلكترونات التي يحملها NADPH ثاني أكسيد الكربون غير العضوي إلى جزيء عضوي على شكل كربوهيدرات، وهي عملية تُعرف باسم (تثبيت ثاني أكسيد الكربون)، إذ يمكن تخزين الكربوهيدرات والجزيئات العضوية الأخرى واستخدامها في وقت لاحق للحصول على الطاقة. [1] [2] [3]

استجابة البلاستيدات الخضراء للضغوط البيئية والحيوية

• الاستجابة للإجهاد الحراري الناتج عن درجات الحرارة المرتفعة.
• الاستجابة للإجهاد الحراري الناتج عن درجات الحرارة المنخفضة.
• الاستجابة للإجهاد الناتج عن تغير درجة ملوحة التربة.
• الاستجابة لإجهاد جفاف التربة.
• الإستجابة للإجهاد الحيوي.

ذكرنا سابقاً أن للبلاستيدات الخضراء دوراً هاماً في المساعدة على التأقلم مع الظروف البيئية التي قد تضر بالنبات الأخضر، ويختلف هذا الدور وفقاً لمدى استجابة البلاستيدة الخضراء لهذا الخطر، وما هية الخطر المحيط بالنبات الذي قد يتواجد في عدة صورة تتمثل في: اضطراب درجات الحرارة سواء بإرتفاع الحرارة أو إنخفاضها، أو اضطراب درجة ملوحة الماء الذي يروي النبات ويمتصه من التربة المتواجد بها، أو زيادة أو إنخفاض شدة الضوء.

كل تلك العوامل أخطار قد تجعل البلاستيدات الخضراء تشعل الضوء الأحمر حتى تجاهد لإبقاء النبات على قيد الحياة.

الاستجابة للإجهاد الحراري الناتج عن درجات الحرارة المرتفعة: في طبيعة الحال تعتمد النباتات الخضراء على الضوء في عملية البناء الضوئي، التي قد تتأثر تأثراُ كبيراً باضطراب درجات الحرارة، فارتفاع درجات الحرارة لما يتراوح بين 10 إلى 15 درجة مئوية، أو إنخفاضها ما بين 0 إلى 15 درجة مئوية عن درجة الحرارة المثلى للنبات (تختلف درجات الحرارة المثلى من نبات لآخر).

وعند حدوث أمر كهذا تبدء البلاستيدات الخضراء في تفعيل بعض العمليات الفسيولوجية للحد من الضرر الواقع على النبات، فالبلاستيدات الخضراء حساسة لإجهاد درجات الحرارة المرتفعة أثناء عملية التمثيل الضوئي، ودرجات الحرارة الزائدة عن الحد الأمثل؛ تجعل صبغة الكلوروفيل أقل، وقد أثبتت بعض التجارب أنه عند حدوث إجهاد حراري بالإرتفاع؛ تزيد البلاستيدات من نشاط الإنزيمات المصنعة لصبغة الكلوروفيل فلا يتغير نشاطها ولا يقل إنتاجها.

الاستجابة للإجهاد الحراري الناتج عن درجات الحرارة المنخفضة: علاوة على ما تفعله البلاستيدات الخضراء في حالة حدوث ارتفاع في درجات الحرارة؛ فإن لها دور هام في تأقلم النبات الأخضر مع درجات الحرارة المنخفضة عن الحد الأمثل، فإنخفاضها يُحد من كمية البروتينات التي تشارك في عملية البناء الضوئي.

وبعد إجراء التجارب على بعض النباتات الخضراء وجد العلماء دوراً مذهلاً للبلاستيدات الخضراء؛ إذ يمكنها أن تغير من محتواها، فتغير من الأحماض الدهنية غير المشبعة في أغشيتها لزيادة تحمل النبات لدرجات الحرارة المنخفضة.

الاستجابة للإجهاد الناتج عن تغير درجة ملوحة التربة: تعدل النباتات نقل البروتين إلى البلاستيدات الخضراء لرفع مدى تحمل الضغط الملحي.

الاستجابة لإجهاد جفاف التربة: يؤثر جفاف التربة على النبات الأخضر ويهدد وجوده، وحينها تبدء البلاستيدات الخضراء في بعض العمليات الحيوية السريعة التي تحدث عن طريق تنظيم الجينات المستجيبة لإجهاد جفاف التربة، فتكون النتيجة خفض مخزون النيتروجين، وكذلك محتوى الخلية من الكلوروفيل، مما يحسن من علمية بقاء النبات في الظروف الجافة المحيطة به.

الإستجابة للإجهاد الحيوي: يحيط النبات الأخضر عدد لا بأس به من الفطريات والمفصليات، وكذلك مسببات الأمراض البكتيرية والفيروسية، التي تؤثر بدورها على العمليات الحيوية مثل التمثيل الضوئي، وقديماً كثيراً كان هذا الأمر يُتلف البلاستيدات الخضراء، أما الآن فقد طورت البلاستيدات الخضراء من جيناتها وأصبحت أحد أهم خطوط دفاع النبات ضد العوامل الحيوية المضرة.

ففي حالة وجود أي عدوى مرضية تمد البلاستيدات الخضراء أنابيب ديناميكية تسمى (اللحمات) للتواصل مع النواة، وبهذا يتراكم البروتين في الخلية مشكلاً خطاً مناعياً قوياً، ومثالاً على هذا: وجد الباحثون أن البلاستيدات الخضراء في نبات الأرز تقاوم فطر (Magnaporthe oryzae) عن طريق فسفرة بروتين II LHCB5 الذي عزز بدوره عملية التمثيل الضوئي. [4]