فيديو الدرس: تركيب البلاستيدة الخضراء الأحياء • الصف الثاني الثانوي

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نصف تركيب البلاستيدة الخضراء. وبمناقشة التراكيب المختلفة للبلاستيدة الخضراء، سنشرح كيف تتكيف البلاستيدات الخضراء لتوائم وظيفتها المتمثلة في تخزين الطاقة الضوئية في صورة جزيئات سكر.

النباتات كائنات حية متعددة الخلايا تحتاج مثل البشر إلى التغذية للبقاء على قيد الحياة والقيام بوظائفها. لكن على عكس البشر، لا تمتلك النباتات جهازًا هضميًّا متخصصًا لامتصاص المغذيات من مصادر الغذاء. ومن المثير للدهشة أن النباتات طورت حلًّا لهذه المشكلة عن طريق صنع غذائها بنفسها. وهي تقوم بهذه العملية، التي تعرف بعملية البناء الضوئي، في عضيات خلوية متخصصة تسمى البلاستيدات الخضراء. إذا نظرنا إلى بعض الخلايا النباتية النموذجية تحت المجهر، فسنتمكن على الأرجح من رؤية بعض البلاستيدات الخضراء. دعونا نلخص عملية البناء الضوئي قبل أن نتحدث عن البلاستيدات الخضراء بمزيد من التفصيل.

البناء الضوئي هو العملية التي تحول بها الكائنات الحية مثل النباتات الخضراء ثاني أكسيد الكربون والماء إلى سكريات، مثل الجلوكوز، وأكسجين. ويجب أن يحدث ذلك في وجود طاقة ضوئية. قد تتوفر هذه الطاقة الضوئية من مصدر ضوء طبيعي مثل ضوء الشمس، أو مصدر ضوء صناعي، مثل مصباح. تحدث عملية البناء الضوئي بصفة عامة في أوراق النبات، حيث توجد غالبية البلاستيدات الخضراء. لكن قد تحتوي الأنسجة البرنشيمية لسيقان النبات أيضًا على بلاستيدات خضراء، لذا يمكن أن تحدث فيها بعض عمليات البناء الضوئي أيضًا. لا تستطيع معظم النباتات إجراء عملية البناء الضوئي في جذورها. وذلك لأن معظم جذور النباتات تنمو تحت سطح الأرض ولا تتلقى الضوء اللازم لعملية البناء الضوئي.

لنلق نظرة فاحصة على خلية نموذجية تجري عملية البناء الضوئي. يوضح هذا الشكل مخططًا بسيطًا لجميع العضيات الرئيسية الموجودة داخل خلية نباتية تجري عملية البناء الضوئي. ومثل جميع الخلايا النباتية، تحاط هذه الخلية بجدار خلوي يدعم الخلية ويساعدها على الحفاظ على تركيبها. كما أنها تحتوي على فجوة عصارية تساعد الخلية على الحفاظ على توازن الماء. تحتوي الخلية التي تجري عملية البناء الضوئي على صبغة الكلوروفيل الحساسة للضوء مخزنة في عضية ذات غشاء مزدوج تسمى البلاستيدة الخضراء. وتحتوي الخلية النباتية عادة على العديد من البلاستيدات الخضراء وقد يصل عددها إلى المئات.

توفر عملية البناء الضوئي فوائد كبيرة للنبات. فالجلوكوز الذي ينتج من هذه العملية هو سكر يعمل مصدرًا لتغذية النبات؛ ما يسمح له بالنمو والتكاثر، وأداء العمليات الحيوية الضرورية الأخرى. ومن ضمن هذه العمليات الحيوية الضرورية التنفس الخلوي. يحدث التنفس الخلوي في عضيات تسمى الميتوكوندريا، ويتكسر خلاله الجلوكوز الناتج عن عملية البناء الضوئي لإطلاق طاقة. يعتمد النوع الأكثر شيوعًا من أشكال التنفس الخلوي على الأكسجين. لذلك يعاد استخدام بعض الأكسجين الناتج من عملية البناء الضوئي في عملية التنفس الخلوي. والآن، لنلق نظرة فاحصة على العضية التي تحدث فيها عملية البناء الضوئي، وهي البلاستيدة الخضراء.

كما ذكرنا من قبل، البلاستيدة الخضراء هي أحد أمثلة العضيات المحاطة بغشاء مزدوج. يفصل بين طبقتي هذا الغشاء فراغ بين غشائي. يبلغ سمك هذا الغشاء المزدوج نحو 10 نانومترات فقط، أي 0.000001 سنتيمتر. توجد داخل البلاستيدة الخضراء حشوة سائلة تسمى الستروما. وتحتوي الستروما على العديد من الإنزيمات، بالإضافة إلى حمض نووي ‪(DNA)‬‏ خاص بالبلاستيدة الخضراء، إلى جانب الريبوسومات. وتحتوي أيضًا على حبيبات نشا تعمل باعتبارها مخازن للجلوكوز في صورة غير قابلة للذوبان. وعند احتياج النبات لها، تتحول هذه الحبيبات مرة أخرى إلى سكر الجلوكوز القابل للذوبان وتنتقل في جميع أجزاء النبات لتستخدم في عملية التنفس الخلوي.

يوجد داخل الستروما تراكيب قرصية الشكل تسمى الثايلاكويدات. تكون هذه الثايلاكويدات طبقات من الأقراص يبلغ عددها نحو 15 قرصًا أو أكثر. تتراص الثايلاكويدات معًا لتكون حبيبة واحدة من الجرانا، ويشار إلى مجموعات الحبيبات هذه بالجرانا. ترتبط الجرانا بعضها مع بعض بطيات غشائية رقيقة تسمى الصفائح، ومفردها صفيحة. داخل كل ثايلاكويد يوجد فراغ مائي يسمى التجويف. ذكرنا من قبل أن الدور الأساسي للبلاستيدة الخضراء يتمثل في كونها موقع حدوث عملية البناء الضوئي داخل الخلية النباتية. ولكي تؤدي هذا الدور، يجب أن تكون قادرة على امتصاص الطاقة الضوئية. لنلق نظرة على وظائف كل من التراكيب المتخصصة داخل البلاستيدة الخضراء بمزيد من التفصيل لشرح كيفية حدوث ذلك.

الصبغات هي جزيئات تمتص بعض الأطوال الموجية المحددة من الضوء ويعتقد أنها تعكس البعض الآخر. تحتوي أغشية الثايلاكويد الموجودة في البلاستيدة الخضراء على صبغات متخصصة تسمى الكلوروفيل. والكلوروفيل قادر على امتصاص الطاقة الضوئية واستخدامها في عملية البناء الضوئي. وهو عادة ما يوجد في النباتات على صورتين: الكلوروفيل أ والكلوروفيل ب.

توضح هذه الصورة تمثيلًا تقريبيًّا لطيف الضوء المرئي. يمكن أن يمتص الكلوروفيل أ والكلوروفيل ب الطاقة الضوئية بأطوال موجية مختلفة. تمتص صبغة الكلوروفيل أ الأطوال الموجية الزرقاء والبرتقالية والحمراء وأغلب الأطوال الموجية الصفراء، لكنها لا تستطيع امتصاص الكثير من الأطوال الموجية الخضراء. وعند استخدام الطاقة الضوئية، يختفي الضوء. عند استخدام طاقة الضوء الأزرق والأصفر والأحمر، يتبقى الضوء الأخضر فقط. وقد افترض أن هذا هو السبب في أن العديد من الأوراق التي تحتوي على الكلوروفيل تبدو خضراء للعين البشرية.

الكلوروفيل صبغة ذات تركيب معقد للغاية. فالكلوروفيل أ، على سبيل المثال، صيغته الكيميائية ‪C55H72O5N4Mg‬‏، وجزء منه يبدو هكذا. ويعتقد أن أيون المغنيسيوم الموجود في المركز ضروري لتمكين هذه الصبغة من امتصاص الضوء. ومن المثير للاهتمام أن تركيب الكلوروفيل يشبه إلى حد كبير تركيب مجموعة الهيم الموجودة في هيموجلوبين خلايا الدم الحمراء للحيوانات، باستثناء أن أيون المغنيسيوم يستبدل به أيون من الحديد والهيموجلوبين.

كما أن الكلوروفيل ليس الصبغة الوحيدة التي يمكن أن نجدها في البلاستيدة الخضراء. فقد تحتوي النباتات أيضًا على صبغات بناء ضوئي أخرى، مثل الزانثوفيل والبيتا كاروتين، وهما مسئولتان عن إعطاء تراكيب النباتات لونًا أصفر أو برتقاليًّا أو مائلًا للحمرة. ومن المفيد أن يحتوي النبات على صبغات بناء ضوئي مختلفة؛ لأن هذا يتيح استخدام الطاقة الضوئية لأطوال موجية ضوئية مختلفة. ربما تؤدي هذه الصبغات الأخرى وظائف لحماية الكلوروفيل من الأكسدة الضوئية. ومع ذلك، فإن هذه الصبغات الأخرى ليست شائعة أو وفيرة مثل صبغات الكلوروفيل. وهذا يفسر السبب وراء كون معظم أوراق النباتات خضراء اللون.

في أغشية الثايلاكويد، توجد صبغات مثل الكلوروفيل داخل أنظمة ضوئية. والأنظمة الضوئية هي وحدات وظيفية وتركيبية لمركبات البروتين التي تشارك في عملية البناء الضوئي. تتمثل الوظيفة الرئيسية لهذه التراكيب في امتصاص ضوء الشمس واستخدامه في المرحلة الأولى من عملية 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 أدينوسين ثلاثي الفوسفات ‪(ATP)‬‏، والأكسجين باعتباره منتجًا ثانويًّا. أما المرحلة الثانية من البناء الضوئي، وهي المرحلة اللاضوئية أو دورة كلفن، التي تستخدم الطاقة الكيميائية من المرحلة الضوئية في نقل ثاني أكسيد الكربون إلى الجلوكوز، فهي تحدث في ستروما البلاستيدات الخضراء. تتلاءم الستروما جيدًا لأداء هذه الوظيفة؛ نظرًا لاحتوائها على الإنزيمات اللازمة للتفاعلات الكيميائية التي تحدث في المرحلة اللاضوئية.

الآن بعد أن ناقشنا التراكيب والوظائف المختلفة لتراكيب البلاستيدة الخضراء، لنختبر ما اكتسبناه حديثًا من معرفة، من خلال حل مجموعة من الأسئلة التدريبية.

أي العبارات الآتية توضح العلاقة بين الجرانا والثايلاكويدات؟ (أ) تتجمع الجرانا الدائرية في طبقات متراصة لتكون ثايلاكويدة واحدة. (ب) الثايلاكويدات هي تراكيب قرصية الشكل تكون طبقات متراصة تسمى الجرانا. أو (ج) تتكون خلية الثايلاكويد الواحدة من عدة مكونات من الجرانا.

لنراجع التراكيب الموجودة داخل البلاستيدة الخضراء لكي نجيب عن هذا السؤال. البلاستيدات الخضراء هي عضيات خلوية محاطة بغشاءين. يمتلئ الجزء الداخلي من البلاستيدة الخضراء بحشوة سائلة تسمى الستروما. تحتوي الستروما على العديد من الإنزيمات، بالإضافة إلى ‪DNA‬‏ خاص بالبلاستيدة الخضراء، إلى جانب الريبوسومات. كما توجد داخل الستروما تراكيب قرصية الشكل تسمى الثايلاكويدات. هذه الثايلاكويدات، وهي أحد المصطلحات الأساسية المستخدمة في السؤال، تكون طبقات من الأقراص يبلغ عددها نحو 15 قرصًا أو أكثر. تتراص الثايلاكويدات معًا في طبقات لتكون حبيبة واحدة من الجرانا، ويشار إلى مجموعات الحبيبات هذه بالجرانا. وهذا هو المصطلح الرئيسي الآخر الذي استخدم في السؤال.

ترتبط الجرانا بعضها مع بعض بطيات غشائية رقيقة تسمى الصفائح، ومفردها صفيحة. داخل كل ثايلاكويد يوجد فراغ مائي يسمى التجويف. وبذلك نكون قد تعرفنا على العلاقة التي تربط بين الثايلاكويدات والجرانا، وهو ما نجده في الخيار (ب). الثايلاكويدات هي تراكيب قرصية الشكل تكون طبقات متراصة تسمى الجرانا.

لنجرب حل سؤال تدريبي آخر معًا.

يوضح الآتي أطياف الامتصاص لطيف الضوء المرئي. أي خط يوضح الامتصاص الصحيح لصبغة البناء الضوئي الكلوروفيل أ؟

نحن نعلم أن النباتات يمكنها استخدام الضوء لصنع غذائها من خلال عملية تسمى البناء الضوئي. لعلنا نتذكر أن البناء الضوئي هو عملية تحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى جلوكوز وأكسجين باستخدام الطاقة الضوئية. يوفر سكر الجلوكوز الطاقة اللازمة للنمو والتكاثر والتمثيل الغذائي؛ لذا يمتص الضوء من أجل إجراء عملية البناء الضوئي. ويحدث هذا الامتصاص عن طريق صبغات البناء الضوئي، مثل الكلوروفيل أ، التي توجد في البلاستيدات الخضراء للخلايا النباتية التي تقوم بعملية البناء الضوئي.

لنلق نظرة فاحصة على إحدى البلاستيدات الخضراء. من المثير للاهتمام أن البلاستيدة الخضراء لها غشاءان، وتحتوي على ‪DNA‬‏ خاص بها داخل فراغ مملوء بسائل يسمى الستروما. داخل الستروما، توجد الجرانا. تتكون كل طبقة جرانًا من تراكيب على شكل قرص تسمى ثايلاكويدات، وتربط بينها صفائح. تحتوي الثايلاكويدات الموجودة في البلاستيدة الخضراء على الصبغات التي تمتص الطاقة الضوئية لحث عملية البناء الضوئي. وهي تحتوي على الكلوروفيل أ، والكلوروفيل ب. الكلوروفيل أ هو أحد أكثر صبغات البناء الضوئي وفرة في ورقة النبات. فهو يمتص الضوء الأحمر، والبرتقالي، والأصفر، والأزرق، ولكن ليس الضوء الأخضر. في الواقع، بما أن الضوء الأخضر لا يمتص، تبدو معظم أوراق النباتات خضراء عندما ننظر إليها.

والآن، لنلق نظرة على أطياف الامتصاص المذكورة في السؤال. يوضح كل واحد من الخطوط السوداء الثلاثة على الشكل مستوى الأطوال الموجية المختلفة التي تمتصها جزيئات مختلفة. إذن، أي من الخطوط السوداء الثلاثة يظهر امتصاصًا للأطوال الموجية الحمراء، والبرتقالية، والصفراء، والزرقاء، ولكن ليس الخضراء؟ يوضح الخط المتصل، أي الخط الأول، أعلى مستويات الامتصاص في جميع الألوان ما عدا اللون الأخضر. ومن ثم، فإن الخط الذي يوضح طيف امتصاص الكلوروفيل أ هو الخط الأول.

دعونا نحل سؤالًا تدريبيًّا أخيرًا معًا.

كيف تكيفت الثايلاكويدات لأداء وظيفتها؟ (أ) تحتوي الثايلاكويدات على صبغات البناء الضوئي داخل غشائها، لامتصاص الضوء. (ب) نسبة مساحة السطح إلى الحجم صغيرة في الثايلاكويدات؛ لهذا يمكن أن تحدث التفاعلات بشكل أسرع. (ج) تحتوي الثايلاكويدات على إنزيمات متخصصة تقوم بعملية التنفس. أو (د) تحاط الثايلاكويدات بغشاء مزدوج يسمح لها بالتحكم فيما يدخل ويخرج من البلاستيدة الخضراء.

الثايلاكويدات هي تراكيب على شكل أقراص موجودة داخل البلاستيدات الخضراء في بعض الخلايا النباتية. تكون هذه الثايلاكويدات طبقات من الأقراص تسمى الجرانا، وتتمثل وظيفتها في مساعدة البلاستيدة الخضراء على القيام بعملية البناء الضوئي. الطريقة الأساسية التي تتكيف بها الثايلاكويدات لمساعدة البلاستيدة الخضراء على أداء هذه الوظيفة هي احتواءها صبغات البناء الضوئي داخل أغشيتها. تمتص صبغات البناء الضوئي هذه، وهي في الغالب الكلوروفيل أ في معظم النباتات الوعائية الأرضية، أشعة الشمس المتاحة وتنقلها إلى مراكز التفاعل، حيث تستخدم الطاقة لإجراء تفاعلات البناء الضوئي.

بالنظر إلى الخيارات، يبدو أن الخيار (أ) هو الإجابة الصحيحة. لكن دعونا نتحقق من ذلك من خلال مناقشة الخيارات الأخرى. الخيار (ب) غير صحيح؛ لأن التراكيب الشبيهة بالأقراص في الثايلاكويدات تزودها بمساحة سطح كبيرة بالنسبة إلى الحجم. كما تسمح لها باحتواء المزيد من الصبغات، ومن ثم زيادة معدل تفاعلات البناء الضوئي. والخيار (ج) غير صحيح أيضًا، فعلى الرغم من أن الثايلاكويدات قد تحتوي على إنزيمات متخصصة، فإنها تساعد في عملية البناء الضوئي ولا تساعد على التنفس. حيث تجرى عملية التنفس بواسطة عضيات مختلفة، وهي الميتوكوندريا. والخيار (د) غير صحيح أيضًا؛ لأن الثايلاكويدات ليس لها غشاء مزدوج، كما أنها لا تتحكم فيما يدخل إلى البلاستيدة الخضراء أو يخرج منها. فهذا دور الغشاء المزدوج الذي يحيط بالبلاستيدة الخضراء نفسها، وليس غشاء الثايلاكويدات.

إذن، الإجابة الصحيحة هي الخيار (أ). تحتوي الثايلاكويدات على صبغات البناء الضوئي داخل غشائها، لامتصاص الضوء.

دعونا نلخص النقاط الرئيسية التي تعلمناها في هذا الفيديو حول تركيب البلاستيدة الخضراء. البلاستيدات الخضراء هي عضيات موجودة داخل الخلية النباتية يتمثل دورها في كونها موقعًا لعملية البناء الضوئي. تحاط البلاستيدات الخضراء بغشاء مزدوج وتحتوي على ثايلاكويدات مرتبة في طبقات متراصة تسمى الجرانا داخل سائل يسمى الستروما. تحتوي البلاستيدات الخضراء على صبغات البناء الضوئي، التي عادة ما تكون الكلوروفيل أ والكلوروفيل ب، وعلى الرغم من ذلك، فإنها قد تحتوي أيضًا على صبغات أخرى مثل البيتا كاروتين والزانثوفيل. الثايلاكويدات هي موقع حدوث التفاعلات الضوئية لعملية البناء الضوئي، وتحتوي على صبغات البناء الضوئي الضرورية لهذه الوظيفة. الستروما هي موقع حدوث التفاعلات اللاضوئية في عملية البناء الضوئي، وتحتوي على الإنزيمات ومرافقات الإنزيمات الضرورية، بالإضافة إلى ثاني أكسيد الكربون.