اجزای فعال در فرایند فتوسنتز

موارد زیر اجزای سلولی ضروری برای فتوسنتز هستند.

رنگدانه‌ها

رنگدانه‌ها مولکول هایی هستند که به گیاهان، جلبک‌ها و باکتری‌ها رنگ می دهند، اما مسئول به دام انداختن نور خورشید هم هستند. رنگدانه‌های رنگ‌های مختلف، طول موج‌های مختلف نور را جذب می کنند. در زیر سه گروه اصلی از آنها آمده است.

• کلروفیل ها: این رنگدانه‌های سبزرنگ قادرند نور آبی و قرمز را به دام بیندازند. کلروفیل‌ها دارای سه زیرگروه هستند که کلروفیل a، کلروفیل b و کلروفیل c لقب گرفته‌اند. طبق گفته Eugene Rabinowitch و Govindjee در کتاب “فتوسنتز” (Wiley، 1969)، کلروفیل a در تمام گیاهان فتوسنتزکننده یافت می‌شود. همچنین یک نوع باکتری به نام باکتریوکلروفیل وجود دارد که نور مادون‌قرمز را جذب می‌کند. این رنگدانه عمدتاً در باکتری‌های بنفش و سبز دیده می‌شود که فتوسنتز بی‌هوازی را انجام می‌دهند.
• کاروتنوئیدها: این رنگدانه‌های قرمز، نارنجی یا زردرنگ نور سبز مایل به آبی را جذب می‌کنند. نمونه‌هایی از کاروتنوئیدها گزانتوفیل (زرد) و کاروتن (نارنجی) است که هویج از آن‌ها رنگ می‌گیرد.
• فیكوبیلین ها: این رنگدانه‌های قرمز یا آبی طول‌موج‌های نوری را جذب می‌کنند كه جذب كلروفیل‌ها و كاروتنوئیدها در آن‌ها به این خوبی نیست. آن‌ها در سیانوباکتریوم و جلبک‌های قرمز دیده می‌شوند.

پلاستیدها

ارگانیسم‌های یوکاریوتی فتوسنتزکننده در سیتوپلاسم خود اندامک‌هایی به نام پلاستید دارند. طبق مقاله‌ای در ژورنال Nature Education که توسط Cheong Xin Chan و Debashish Bhattacharya، محققان دانشگاه راتگرز در نیوجرسی نوشته‌شده، از پلاستیدهای دو غشایی موجود در گیاهان و جلبک‌ها به‌عنوان پلاستیدهای اولیه یاد می‌شود، درحالی‌که انواع چند غشایی موجود در پلانکتون‌ها را پلاستیدهای ثانویه می‌نامند.

پلاستیدها معمولاً حاوی رنگدانه هستند یا می‌توانند مواد مغذی را در خود ذخیره کنند. لکوپلاست‌های بی‌رنگ چربی‌ها و نشاسته را ذخیره می‌کنند، درحالی‌که کروموپلاست‌ها حاوی کاروتنوئید و کلروپلاست حاوی کلروفیل هستند، همان‌طور که در کتاب Geoffrey Cooper، “سلول: رویکردی مولکولی” توضیح داده‌شده است (Sinauer Associates، 2000).

فتوسنتز در کلروپلاست‌ها اتفاق می‌افتد؛ به‌طور خاص، در مناطق گرانا و استروما. گرانا داخلی‌ترین قسمت اندامک است. مجموعه‌ای از غشاهای دیسکی شکل که به‌صورت ستون‌هایی صفحه مانند جمع شده‌اند. دیسک‌های جداگانه را تیلاکوئید می‌نامند. انتقال الکترون اینجا صورت می‌گیرد. فضاهای خالی بین ستون‌های گرانا، استروما را تشکیل می‌دهند.

کلروپلاست‌ها ازنظر این‌که ژنوم خاص خود را دارند یا مجموعه‌ای از ژن‌ها هستند که در DNA دایره‌ای وجود دارند، مانند میتوکندری، مراکز انرژی سلول‌ها هستند. این ژن‌ها پروتئین‌های اساسی برای اندامک و فتوسنتز را رمزگذاری می‌کنند. تصور می‌شود که مانند میتوکندری، کلروپلاست ها از سلول‌های باکتریایی بدوی و از طریق روند آندوسیمبیوز منشأ گرفته‌اند.

Baum به لایو ساینس گفته: “پلاستیدها از باکتری‌های فتوسنتزکننده خورده شده ناشی می‌شوند که بیش از یک میلیارد سال پیش توسط یک سلول یوکاریوتی تک‌سلولی به‌دست‌آمده‌اند.” وی توضیح داد که تجزیه‌وتحلیل ژن‌های کلروپلاست نشان می‌دهد که این عضو زمانی عضوی از گروه سیانوباکترها”گروهی از باکتری‌ها که می‌توانند فتوسنتز هوازی انجام دهند.” بود.

Chan و Bhattacharya در مقاله خود در سال 2010 این نکته را مطرح کردند که تشکیل پلاستیدهای ثانویه را نمی‌توان با اندوسیمبیوز سیانوباکترها به‌خوبی توضیح داد و منشا این دسته از پلاستیدها هنوز محل بحث است.

آنتن‌ها

مولکول‌های رنگدانه با پروتئین‌ها در ارتباط هستند که به آن‌ها امکان حرکت و انعطاف‌پذیری را می‌دهد تا به سمت نور و به سمت یکدیگر حرکت کنند. طبق مقاله Wim Vermaas، استاد دانشگاه ایالتی آریزونا، یک مجموعه بزرگ از 100 تا 5000 مولکول رنگدانه “آنتن” تشکیل می‌دهند. این ساختارها به‌طور موثر انرژی نور خورشید را به‌صورت فوتون جذب می‌کنند.

درنهایت، انرژی نور باید به‌صورت الکترون به یک مجموعه پروتئین رنگدانه‌ای منتقل شود که بتواند آن را به انرژی شیمیایی تبدیل کند. به‌عنوان‌مثال در گیاهان، انرژی نور به رنگدانه‌های کلروفیل منتقل می‌شود. تبدیل به انرژی شیمیایی زمانی انجام می‌شود که یک رنگدانه کلروفیل یک الکترون را دفع کند که سپس می‌تواند به یک گیرنده مناسب منتقل شود.

مراکز واکنش

رنگدانه‌ها و پروتئین‌ها، که انرژی نور را به انرژی شیمیایی تبدیل می‌کنند و روند انتقال الکترون را آغاز می‌کنند، به‌عنوان مراکز واکنش شناخته می‌شوند.

برای مطالعه مقالات علمی در زمینه چوب به قسمت مقالات سایت ونون وود مراجعه کنید.