التنفس الضوئي ( Photorespiration )

1- تعريفه:
تحدث هذه الظاهرة عند بعض النباتات الخضراء ( C3 )، فهي مثل ظاهرة التنفس في المتوكوندري، حيث يتم خلالها امتصاص الــ O2 وطرح الــCO2، وهي مثل ظاهرة التركيب الضوئي من ناحية اشتراطها للضوء لحدوثها لذلك سميت بالتنفس الضوئي.

2- متى ولماذا تحدث ظاهرة  التنفس الضوئي؟
تحدث عند النباتات الخضراء في الظروف الحارة الجافة، وذلك لأن النباتات الخضراء تغلق حينها الثغور الورقية لتفادي فقدان كميات أكبر من الماء تكيفا مع هذه الظروف.

3- آلية حدوث التنفس الضوئي:

يستمر تثبيت CO2 بعد غلق الثغور الورقية وبذلك يتناقص تركيزه داخل الأوراق بينما يرتفع تركيزO2. فيرتفع معدل تثبيت O2 مقارنة بتثبيت CO2.

يستعمل إنزيم Rubisco  كلا من CO2 و O2 كركيزتين لكن ألفته لـ CO2 أكبر من ألفته لـ O2.

عندما تنخفض كمية ( مستويات ) CO2 داخل الورقة إلى  حوالي ( 50ppm ) يبدأ إنزيم Rubisco بتثبيت O2 على RuBP بدل CO2 وبذلك تحدث ظاهرة التنفس الضوئي ( Photorespiration ).

وكحصيلة أولية لظاهرة التنفس الضوئي بعد تثبيت O2 على RuBP ينتج جزيئة واحدة من مركب ثلاثي الكربون ( PGA ) عوض جزيئتان منه عند تثبيت CO2 على RuBP  خلال حلقة كالفن من التركيب الضوئي، كما تنتج كذلك جزيئة من مركب ثنائي الكربون ( Phosphoglycolate ) وهو مركب عال السمية تتخلص منه النباتات بتحويله في كل من البيروكسيزوم ( Peroxisome ) والمتوكوندري عبر طريق تأكسدي ( مرورا بـ :  Glyoxylate و الأحماض الأمينية الغليسين والسيرين ) إلى جزيئة من CO2 وجزيئة من مركب ثلاثي الكربون ( PGA ) والذي يدخل في حلقة كالفن. ويتم خلال العملية ككل استهلاك الطاقة ( ATP ).

ورغم هدر الطاقة خلال هذه الظاهرة إلا أنها بذلك تحمي هذه النباتات الخضراء ( C3 ) من قوة أشعة الشمس.
 5- إشكال وجوابه:
 الوثيقة التالية من شهادة البكالوريا ( 2013 ) تطرح إشكالا هو: كيف نفسر تناقص تركيز الأكسجين في الوسط قبل حقن مستقبل الإلكترونات Fe+2 ( كاشف هيل )؟

 الجواب: التجربة ( كما ورد في نص الوثيقة ) أجريت على معلق من الصانعات الخضراء المعزولة في وسط سائل  خلوي خال من الــ CO2، وبالتالي قبل حقن مستقبل الإلكترونات Fe+2 ( كاشف هيل ) في الوسط لاتحدث عملية التركيب الضوئي ( لا يتم تثبيت CO2 ) مما يتيح للأكسجين التثبت في الموقع الفعال لإنزيم ( Rubisco ) فتحدث ظاهرة التنفس الضوئي مستهلكة الأكسجين فيتناقص بذلك تركيزه في الوسط.

الوثيقة التالية من شهادة البكالوريا ( 2009 ) تطرح إشكالا هو: كيف نفسر تناقص تركيز كل من APG و RuDiP بعد مرور مدة من نقل معلق الكلوريلا إلى وسط  مضاء وخال من CO2؟

الجواب:  في غياب CO2 يتثبت الأكسجين الموقع الفعال لإنزيم ( Rubisco ) فتحدث ظاهرة التنفس الضوئي التي تؤدي إلى استهلاك RuDiP فيتناقص تركيزه ويتم تركيب جويئة واحدة من APG بدل جزيئتان منه خلال التركيب الضوئي مما يؤدي إلى تناقصة تركيزه كذلك.

ترقبوا في المنشور القادم إن شاء الله استراتيجيات تفادي ظاهرة التنفس الضوئي من طرف بعض الكائنات ذاتية التغذية.

المزيد من المعلومات

دور الأصبغة الهوائية في عملية التركيب الضوئي.

لماذا لا تقتنص صبغة مركز التفاعل الطاقة الضوئية (الفوتونات) مباشرة دون أخذها من الأصبغة الهوائية؟

- إذا تم الاعتماد فقط على اليخضور'أ' (chlorophyll a) لمركز التفاعل لاقتناص الطاقة الضوئية فسيكون ذلك غير كاف لسببين اثنين:
الأول: اليخضور'أ' (chlorophyll a) جزيئات تمتص الضوء عند أطوال موجات محددة كما تبينه الوثيقة التالية:

                                                     طيف امتصاص اليخضور'أ' (chlorophyll a)

ونلاحظ وجود فراغ في وسط الضوء المرئي الممتص بين 450-650 نانومتر، وهذا الفراغ يوافق قمة أطياف ضوء الشمس وبالتالي يفشل اليخضور 'أ' (chlorophyll a) في الإفادة من هذه الأطياف.

الثاني: حتى في مجال الأطياف التي يمتصها اليخضور 'أ' (chlorophyll a) معظم الفوتونات تضيع دون امتصاصها نظرا للكثافة المنخفضة نسبيا لجزئيات اليخضور 'أ' (chlorophyll a) لمركز التفاعل.

للسببين السابقين تتدخل الأصبغة الهوائية المرافقة لمركز التفاعل لتمتص الطاقة الضوئية (الفوتونات) وتوجهها نحو صبغة مركز التفاعل.
ويمكن تشبيه دور الأصبغة الهوائية بالنسبة لصبغة مركز التفاعل بدور القمع الذي يكمن دوره في منع تضييع السوائل، حيث توجه حوافه المفتوحة السائل نحو فتحة ضيقة فالحواف تمثل الأصبغة الهوائية والفتحة الضيقة تمثل أصبغة مركز التفاعل كما تبينه الوثيقة التالية:

لا تنسونا من دعواتكم، ومرحبا بتعليقاتكم.

المزيد من المعلومات

الفرق بين البالعات والبلاعم الكبيرة.

ما هو الفرق بين البالعات والبلاعم الكبيرة ( الماكروفاج )؟

الكثير يستعمل مصطلح البالعات والماكروفاج كمترادفين ( Synonyms ) لكنهما غير ذلك!
البالعات ( Phagocytes ): هي مجموعة الخلايا التي تقوم بعملية البلعمة الخلوية ( Cell Phagocytosis ) وهي تضم:

1/ متعددة ( مفصصة ) النواة المحبة للمعتدل ( Neutrophils ):

هذه الخلايا تعد من أكثر أنواع الكريات البيض ( Leucocytes ) عددا، وتعد أيضا أولى الخلايا المنجذبة لمكان الإصابة في الاستجابات الالتهابية (  Inflammatory Responses).
يبلغ قطرها حوالي (  12 إلى 15 μm ) مع كثير من النتوءات الغشائية.
نواتها مقسمة إلى 03-05 فصوص متصلة لذلك سميت بمفصصة ( متعددة ) النواة.
السيتوبلازم يحتوي على حبيبات من نوعين. الأغلبية منها تدعى بحبيبات خاصة، تمتلئ بالأنزيمات مثل الليزوزيم، كولاجيناز، والإيلاستاز، وهذه الحبيبات تميزها عن النوعين المتبقيين من الخلايا مفصصة النواة وهما المحبة للحموضة ( Eosinophils ) والمحبة للقاعدية ( Basophils ) إذ أن هذه الحبيبات الخاصة لا تكون موجودة بكثرة فيهما.
والنوع الثاني من حبيبات المحبة للمعتدل يدعى ( Azurophilic ) وهي عبارة عن جسيمات حالة ( Lysosomes ) تحتوي على إنزيمات ومواد مضادة للبكتيريا مثل: الدفاعين ( defensins ) والكاثيلسيدين ( Cathelicidins ).
تنشأ هذه الخلايا في نقي العظام انطلاقا من خلية طليعية هي منشأ أيضا لوحيدة النواة البلعمية ( mononuclear phagocyte ).
تشكيل هذه الخلايا ( Neutrophils ) يكون محفزا بعامل يدعى بالعامل المحفز لنسائل الخلايا المحببة (G-CSF).
عند الانسان البالغ يتم إنتاج أكثر من 100 مليار خلية ( Neutrophils ) في اليوم تدور في الدم لعد ساعات إلى بضع أيام.
تهاجر ( Neutrophils ) إلى مكان الإصابة بعدوى جرثومية بسرعة بعد دخول الميكروب وتبقى من يوم إلى يومين ثم تموت.

2/ وحيدة النواة البلعمية ( Mononuclear Phagocytes ): يضم هذا النوع خلايا تدور في الدم تدعى الخلايا الوحيدة أو الوحيدات ( monocytes ) وخلايا الأنسجة وهي البلاعم الكبيرة أو الماكروفاج ( macrophages ).
تلعب الماكروفاج التي تنتشر في الأعضاء والأنسج الضامة دورا أساسيا في المناعة الطبيعة كما تعتبر همز الوصل بينها وبين المناع المكتسب من خلال دورها كخلي عارضة. ولها أسماء حسب نوع العضو الذي تتواجد فيه مثل: خلايا لانجرهانس في الجلد، خلايا كوبفر في الكبد.
تنشأ الماكروفاج من خلية طليعية في نقي العظام بتحفيز من عامل يدعى العامل المحفز لنسائل الخلايا الوحيدة ( M-CSF )، تتطور هذه الخلايا الطليع لتعطي الخلايا الوحيدة ( monocytes ) التي تدور في الدم، ثم تهاجر إلى الأنسجة خلال الاستجابة الالتهابية لتنضج إلى بلاعم كبيرة:

الخلايا الوحيدة ( monocytes ) قطرها ( 10 إلى 15 μm ) نواتها لها شكل حبة فاصولياء وهيولى قليلة الحبيبات تحتوي على الجسيمات الحالة ( lysosomes )، فجوات حالة.

            

المزيد من المعلومات