شارح الدرس: تركيب البلاستيدة الخضراء الأحياء • الصف الثاني الثانوي

في هذا الشارح، سوف نتعلم كيف نصف تركيب البلاستيدة الخضراء، ونفسِّر كيف تكيفت لتوائم وظيفتها.

النباتات كائنات حية متعددة الخلايا، مثل البشر، فهي تحتاج إلى تغذية تبقيها على قيد الحياة وتساعدها على أداء وظيفتها. ولكن على عكس البشر، لا تملك النباتات جهازًا هضميًّا متخصصًا لامتصاص المغذيات من مصادر الغذاء. وما يثير الدهشة هو أن النباتات قد تطوَّرت وحلَّت هذه المشكلة عن طريق صنع غذائها بنفسها! تقوم النباتات بهذه العملية، التي تُعرف بعملية البناء الضوئي، في تركيب متخصص بالخلية يسمى البلاستيدة الخضراء. يمكنك رؤية البلاستيدات الخضراء الموجودة في الخلايا النباتية في الصورة المجهرية الآتية.

دعونا نتناول عملية البناء الضوئي بمزيد من التفصيل.

عندما تقوم النباتات بعملية البناء الضوئي، فإنها تمتص ثاني أكسيد الكربون والماء وتحولهما إلى سكريات، مثل الجلوكوز بشكل أساسي، وأكسجين باستخدام الطاقة الضوئية. قد تتوفر هذه الطاقة الضوئية من مصدر ضوء طبيعي مثل ضوء الشمس، أو مصدر ضوء صناعي، مثل المصباح. تحدث عملية البناء الضوئي أساسًا في أوراق النبات؛ حيث توجد غالبية البلاستيدات الخضراء، ولكن قد تحتوي الأنسجة البرنشيمية لسيقان النبات أيضًا على بلاستيدات خضراء، للمساهمة بقدر بسيط في عملية البناء الضوئي.

توفر عملية البناء الضوئي مزايا أساسية للنبات. فالجلوكوز الذي ينتج من هذه العملية هو سكر يعمل مصدرًا لتغذية النبات؛ ما يسمح له بالنمو والتكاثر، ويساعده على القيام بالعمليات الحيوية الضرورية الأخرى. واحدة من العمليات الحيوية الضرورية هذه التنفُّس الخلوي، الذي يتكسر فيه الجلوكوز لإطلاق طاقة. يستخدم التنفُّس الخلوي الأكسجين؛ لذا فإن بعضًا من الأكسجين الناتج من عملية البناء الضوئي قد يُعاد استخدامه في عملية التنفس الخلوي.

يوضح الشكل 2 مخططًا بسيطًا للعُضَيَّات الرئيسية الموجودة في خلية نباتية. يمكننا رؤية البلاستيدة الخضراء بوضوح. عادة ما تحتوي الخلية النباتية على عدد كبير من البلاستيدات الخضراء قد يقارب المئات!

يوضح الشكل 3 تركيب بلاستيدة خضراء واحدة بمزيد من التفصيل. البلاستيدات الخضراء هي أمثلة على العُضَيَّات المحاطة بغشاء مزدوج يفصل بين طبقتيه فراغ بين غشائي. يبلغ سُمك هذا الغشاء المزدوج تقريبًا 10 نانومترات أو 0.0000001 سنتيمتر فقط.

توجد داخل البلاستيدة الخضراء حشوة سائلة تسمى الستروما. تحتوي الستروما على العديد من الإنزيمات، بالإضافة إلى الحمض النووي (DNA) والريبوسومات الخاصة بالبلاستيدة. وتحتوي أيضًا على حبيبات نشا تعمل باعتبارها مخازن للجلوكوز في صورة غير قابلة للذوبان. عند احتياج النبات لهذا الجلوكوز، تعود هذه الحبيبات إلى صورتها الأولى وهي جلوكوز سكر قابل للذوبان، وتنتقل في جميع أجزاء النبات لتُستخدم في عملية التنفس الخلوي. يوجد داخل الستروما تراكيب قرصية الشكل في طبقات متراصة تسمى الثايلاكويدات. تُكون هذه الثايلاكويدات طبقات من الأقراص يبلغ عددها 15 قرصًا أو أكثر. تتراص الثايلاكويدات معًا في طبقات لتكون حُبيبة واحدة من الجرانا، ويشار إلى مجموعات الحبيبات هذه بالجرانا. ترتبط الجرانا بعضها مع بعضٍ بطَيَّات غشائية رقيقة تسمى صفائح، وهي تساعد في زيادة مساحة السطح المتاحة لامتصاص الطاقة الضوئية. داخل كل ثايلاكويد، يوجد فراغ مائي يسمى تجويف.

البلاستيدات الخضراء هي عُضَيَّات مميزة إلى حد ما. ذكرنا سابقًا، على عكس غالبية العُضَيَّات الأخرى، أن البلاستيدات الخضراء تحتوي على جزيء DNA والريبوسومات الخاصة بها. وهي أيضًا مُحاطة بغشاء مزدوج. تتشابه هذه السمات مع أنواع معينة من البكتريا. وقد دفع ذلك العلماء إلى الاعتقاد بأن البلاستيدات الخضراء ربما كانت في السابق كائنات بدائية النوى منفصلة كوَّنت علاقة تكافلية مع خلايا النباتات. ثم دُمجت بعد ذلك في خلايا أسلاف تلك النباتات وتطورت في النهاية إلى الخلايا النباتية التي نعرفها اليوم! تنطبق هذه النظرية أيضًا على الميتوكوندريا ووجودها في الخلايا النباتية والحيوانية؛ نظرًا لأنها دائمًا ما تحتوي على جزيء DNA والريبوسومات الخاصة بها، كما أنها مُحاطة بغشاء مزدوج.

مثال ١: تذكُّر التراكيب الموجودة داخل البلاستيدة الخضراء

أي العبارات الآتية توضح العلاقة بين الجرانا والثايلاكويدات؟

1. الثايلاكويدات هي تراكيب قرصية الشكل تُكوِّن طبقات متراصة تسمى الجرانا.
2. تتجمع الجرانا الدائرية في طبقات متراصة لتُكون ثايلاكويدة واحدة.
3. تتكون خلية الثايلاكويد الواحدة من عدة مكونات من الجرانا.

الحل

البلاستيدات الخضراء هي عُضَيَّات موجودة داخل الخلايا النباتية، وهي موقع حدوث عملية البناء الضوئي. يوجد العديد من التراكيب المتخصِّصة داخل البلاستيدة الخضراء التي تسمح لها بأداء هذه الوظيفة. لنلق نظرة على تلك التراكيب باستخدام الشكل الآتي:

كما نرى في الشكل، فإن الثايلاكويدات تراكيب قرصية الشكل في طبقات متراصة داخل حشوة الستروما. هذه الثايلاكويدات لها مساحة سطح كبيرة تساعدها على القيام بوظيفتها في امتصاص ضوء الشمس لعملية البناء الضوئي. يوجد العديد من الثايلاكويدات في طبقات متراصَّة تسمى الجرانا، (مفردها: طبقة الجرانا).

من ثمَّ، فإن العبارة التي توضح العلاقة بين الجرانا والثايلاكويدات هي: الثايلاكويدات هي تراكيب قرصية الشكل تُكون طبقات متراصة تُسمى الجرانا.

هيا نتعرف بمزيد من التفصيل على وظائف كل تركيب من التراكيب المتخصصة الموجودة في البلاستيدة الخضراء.

تتمثل الوظيفة الأساسية للبلاستيدة الخضراء في أنها موقع حدوث عملية البناء الضوئي داخل الخلية النباتية. ولكي تستطيع البلاستيدة الخضراء القيام بهذه الوظيفة، يجب أن تكون قادرة على امتصاص الطاقة الضوئية. الصبغات هي جزيئات تمتص أطوال موجية محددة من الضوء وتعكس البعض الأخر. تحتوي أغشية الثايلاكويد الموجودة في البلاستيدة الخضراء على صبغات متخصصة تسمى الكلوروفيل، وهي صبغات قادرة على امتصاص هذه الطاقة واستخدامها في عملية البناء الضوئي. عادة ما يتواجد الكلوروفيل في النبات على صورتين، هما الكلوروفيل أ والكلوروفيل ب. يوضح الشكل 4 أن صبغة الكلوروفيل أ يمكنها امتصاص الأطوال الموجية الحمراء والبرتقالية والزرقاء وأغلب الأطوال الموجية الصفراء، لكنها لا تستطيع امتصاص الكثير من الأطوال الموجية الخضراء. ولهذا السبب، بيدو الكثير من أوراق النبات التي تحتوي على الكلوروفيل خضراء للعين البشرية.

تُعرف العُضَيَّات التي تحتوي على صبغات بالبلاستيدات. وتُوصف البلاستيدات الخضراء بهذا الاسم بسبب لونها.

الكلوروفيل له تركيب معقد للغاية. يوضح الشكل 5 التركيب الجزيئي للكلوروفيل أ، وصيغته الكيميائية . يُعتقد أن أيون المغنيسيوم الموجود في مركز الجزيء ضروري لتمكين الكلوروفيل من امتصاص الضوء. ما يثير الدهشة، كما نلاحظ في الشكل 5، فإن تركيب الكلوروفيل يشبه إلى حدٍّ كبير تركيب مجموعة الهيم الموجودة في هيموجلوبين خلايا الدم الحمراء للحيوانات!

الكلوروفيل ليس الصبغة الوحيدة التي قد توجد في البلاستيدة الخضراء. قد تحتوي النباتات أيضًا على صبغات بناء ضوئي أخرى، مثل الزانثوفيل والبيتا كاروتين، وهما صبغتان تعطيان تراكيب النبات لونًا أصفر أو برتقاليًّا أو مائلًا للحُمرة. هاتان الصبغتان غير متوافرتين بكثرة مثل صبغات الكلوروفيل، وهذا يفسر السبب وراء أن معظم أوراق النباتات خضراء اللون.

في أغشية الثايلاكويد، توجد الصبغات مثل الكلوروفيل داخل أنظمة ضوئية. يوضح الشكل 6 مخططًا مبسطًا لنظام ضوئي. وبشكل رئيسي، تكون وظيفة هذه التراكيب هي امتصاص ضوء الشمس واستخدامه في المرحلة الأولى من البناء الضوئي، التي تعرف بالمرحلة الضوئية. تتألف هذه المرحلة من سلسلة من التفاعلات التي تمتص الطاقة الضوئية وتستخدمها في تكسير جزيئات الماء لتوليد طاقة كيميائية في صورة جزيئات ATP.

بالنسبة للمرحلة الثانية من البناء الضوئي، وهي المرحلة اللاضوئية (أو دورة كلفن)، فإنها تحدث في ستروما البلاستيدات الخضراء. الستروما متكيفة جيدًا للقيام بهذه الوظيفة؛ نظرًا لاحتوائها على الإنزيمات اللازمة للتفاعلات الكيميائية التي تحدث في المرحلة اللاضوئية.

لنلخص ما تعلمناه في هذا الشارح عن تركيب البلاستيدات الخضراء.