ماده اصلی حاصل از فرآیند فتوسنتز در گیاهان گلوکز (قند ساده) است که به عنوان منبع انرژی مصرف یا به نشاسته تبدیل میشود، و فرآورده جانبی آن گاز اکسیژن (O₂) است.
فرآیند فتوسنتز یکی از بنیادیترین واکنشهای زیستی در سیاره زمین است که پایه و اساس زنجیره غذایی تمام موجودات زنده را تشکیل میدهد. در این مکانیسم پیچیده، گیاهان سبز، جلبکها و برخی باکتریها قادرند با جذب نور خورشید و مهار انرژی فوتونها، مواد معدنی ساده را به ترکیبات آلی پرانرژی تبدیل کنند. این رویداد عمدتاً در اندامکهای تخصصی به نام کلروپلاست، که حاوی رنگدانه سبزینه یا کلروفیل هستند، رخ میدهد.
ماهیت شیمیایی فرآوردههای فتوسنتز
در فرآیند فتوسنتز، گیاهان با استفاده از نور خورشید، دیاکسید کربن اتمسفر و آب جذبشده از ریشه، انرژی نورانی را به انرژی شیمیایی ذخیرهشده در پیوندهای کربوهیدرات تبدیل میکنند. فرآیند تولید مواد حاصل از فتوسنتز را میتوان در قالب معادله خلاصه شده زیر بیان کرد:
محصول مستقیم و اصلی این واکنش زنجیرهای، قندهای ساده ششکربنه به ویژه گلوکز است که اسکلت کربنی لازم برای تمام ترکیبات آلی گیاه را فراهم میسازد. از سوی دیگر، گاز اکسیژن به عنوان یک محصول فرعی و پسماند زیستی حاصل از تجزیه نوری آب (فوتولیز) در فاز نوری فتوسنتز تولید شده و از طریق روزنههای برگ به جو زمین آزاد میشود.
اشکال مختلف کربوهیدراتها پس از تولید
گیاه بلافاصله پس از تولید قند اولیه، آن را متناسب با نیاز زیستی خود به ساختارهای متفاوتی تبدیل میکند. این قندها و ترکیبات را میتوان در دستهبندیهای زیر خلاصه کرد:
مسیر تبدیل گلوکز به نشاسته و نحوه ذخیرهسازی آن
گلوکز به دلیل حلالیت بسیار بالا در آب، گزینه مناسبی برای ذخیرهسازی طولانیمدت در سلول گیاهی نیست؛ چرا که پتانسیل اسمزی را به شدت تغییر میدهد. به همین دلیل گیاهان فرآیند پیچیدهای را برای تغییر ساختار آن طی میکنند:
مراحل بیوسنتز سلولز و ترکیبات ساختاری
بخش عمدهای از مواد حاصل از فتوسنتز صرف ساختارهای فیزیکی و دیواره سلولی گیاه میشود تا استحکام لازم را برای رشد عمودی فراهم کند. فرآیند تبدیل این قندها به ترکیبات دیواره به شرح زیر است:
ساکارز از برگها به سلولهای در حال رشد هدایت شده و در آنجا به پیشماده فعال UDP-گلوکز تبدیل میشود.
آنزیمهای سلولز سنتاز مستقر در غشای پلاسمایی (با آرایش گلسرخی) واحدهای گلوکز را با پیوند بتا ۱ به ۴ به هم متصل میکنند.
زنجیرههای گلوکان در خارج از غشا با پیوندهای هیدروژنی متراکم شده و فیبرهای مستحکم سلولزی دیواره را میسازند.
همزمان با سلولز، ترکیبات غیرسلولزی مانند پکتین و همیسلولز در دستگاه گلژی سنتز و به دیواره ترشح میشوند.
عوامل محیطی مؤثر بر میزان تولید مواد فتوسنتزی
بازدهی گیاه در تولید این ترکیبات آلی یکنواخت نیست و به شدت تحت تأثیر نوسانات اقلیمی قرار دارد. شناخت این فاکتورها برای درک رفتارهای فیزیولوژیک گیاه اهمیت بالایی دارد.
نکته مهم: میزان بازدهی و غلظت ترکیبات حاصل از فتوسنتز مستقیماً تابع چهار فاکتور محیطی کلیدی است: شدت و کیفیت نور خورشید، تراکم گاز دیاکسید کربن در هوا، دمای بهینه محیط برای فعالیت آنزیم روبیسکو، و در دسترس بودن آب کافی جهت جلوگیری از بسته شدن روزنهها و پدیده تنفس نوری.
اگر هر یک از این فاکتورها از حد بهینه خود خارج شوند، نرخ تولید گلوکز کاهش یافته و در نتیجه رشد ساختاری و ذخیرهسازی مواد غدهای در گیاه با افت شدیدی مواجه خواهد شد.
پرسشهای متداول
تفاوت اصلی محصول فتوسنتز در گیاهان C3 و C4 چیست؟
در گیاهان C3 اولین فرآورده پایدار تثبیت کربن یک ترکیب سهکربنه است، در حالی که در گیاهان C4 و CAM ابتدا یک اسید چهارکربنه مانند مالات یا اگزالواستات تولید میشود که سپس کربن آن وارد چرخه کالوین برای ساخت گلوکز میگردد.
چرا گیاهان قند تولیدی را به صورت ساکارز منتقل میکنند نه گلوکز؟
ساکارز یک دیساکارید غیراحیاکننده است که میل ترکیبی و واکنشپذیری شیمیایی بسیار کمتری نسبت به گلوکز دارد؛ به همین دلیل در طول مسیر طولانی آوندهای آبکشی بدون تغییر و به صورت ایمن ترابری میشود.
نظرات