سأتحدث في بحثي هذا عن سلسلة نقل الالكترونات، وكيفية حدوثها وطريقة عملها وخطواتها
و سأتحدث عن أهميتها ونواتجها. معلومات كثيرة ومفيدة وكيفية ترتيبها وكيفية تحويلها إلي الطاقة.
هي المرحلة الأخيرة من التنفس الهوائي، تتم مع نهاية دورة كربس حيث يمر الهيدروجين والإلكترونات (ذات طاقة عالية) والمحمولة على كل من خلال تتابع من مساعدات الإنزيمات الموجودة في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا تسمى السيتوكرومات أو حاملات الإلكترونات.
– السيتوكرومات تحمل الإلكترونات في مستويات طاقة مختلفة.
– تمر الإلكترونات من سيتوكروم إلى سيتوكروم أخر.
– يصاحب ذلك انطلاق طاقة تخزن في مركبات ATP.
الموضوع:-
سلسلة نقل الالكترونات:
ما معنى سلسلة نقل المعلومات؟
جزيئات في غشاء الثايلاكويد أو في غشاء الداخلي للميتوكوندريون تستخدم بعض طاقة الالكترونات لضخ بروتونات عبر الغشاء .
تتم عملية النقل الالكترونات طبقا لفروق جهد الأكسدة والاختزال ( redus-tion-oxidation potential ) أو اختصارا redox potential)) لعدد من المركبات حيث يمكن ترتيب تتابع انتقال الالكترونات من احد مراكز التفاعل، وهو (PSII ) ، عندما يمتص الطاقة الضوئية (الفوتونات) عبر سلسلة نقل الالكترونات النهائي الذي يتميز بانخفاض جهده. وهذا المستقبل النهائي عبارة عن معقد بروتين يحوي الكبريت الحديد ليقوم هذا المعقد باختزال مركب ( +(NADPH+Hوالجدول (1) يوضح جهد الأكسدة والاختزال بالنسبة لبعض المركبات التي تم التعرف عليها في البلاستيدات الخضراء.
إن اعتقاد السائد لدى الكثير من العلماء هو أن ترتيب المركبات في سلسلة نقل الالكترونات في التفاعلات الضوئية و علاقة مراكز التفاعل (النظامين الضوئيين) بعضها ببعض تبدو في الصورة التي اقترحها العاملان هيل ويندال ((hill and bendal 1960.
المكون الرمز جهد الأكسدة والاختزال ( فولت )
مركز التفاعل الثاني P680 0.90
الماء / الأكسجين H2 /O2 0,82
مركز التفاعل الأول P700 0.48
سيتوكروم و بلاستوسيانين Cytf
pc 0,35
0,36
بلاستوكينون pQ 0,00
سيتوكروم ب 6 Cytb6 0,07-
المستقبل النهائي NADPH+H+ 0,34-
فريدكسين FD 0,43-
بروتون / هيدروجين H+ / H2 0,42-
جدول(1) جهد الأكسدة والاختزال بالنسبة لبعض التفاعلات ومكونات البلاستيدة الخضراء حيث التغير من الحالة المؤكسدة
إلي الحالة المختزلة عند الرقم الهيدروجيني 7 .
وقد يكون الاختلاف في بعض الإضافات التي لها ما يبررها من التجارب لبعض العلماء . وهذه الصورة هي ما عرف باسم (الترتيب المتتابع) أو (z- scheme) والأشكال (5-2) و (5-3) تمثل نمازج لهذا التتابع وتصورات العلماء لتنظيم هذه المركبات في غشاء الثيلاكودي في البلاستيدات الخضراء .
أما عملية نقل الالكترونات من مصدرها الأساسي إلى الناتج النهائي بتحفيز من الطاقة الشمسية فان سقوط الضوء علي المقعد البروتيني- الصبغي ووصول الطاقة إلى مراكز التفاعل يؤديان إلى تهيج جزيء كلوروفيل ا طبقا لطاقة الكم الساقطة. ويؤدي ذالك إلي فقد احد الكترونات جزيء كلوروفيل ا الذي تكون له في هذه الحالة قوة اختزالية عالية نظرا لان فقد الإلكترون من الجزيء ينتج عنه فراغ الكتروني لا بد ملئه بإلكترون ذي طاقة اقل من طاقة الإلكترون المفقود حتى يعود جزيء كلوروفيل ا إلي حالته الأساسية ؛ ومن ثم تعاد الكرة مرة أخرى وأخرى . كما هو موضح من الأشكال السابقة ومن التجارب العديدة فان لكل نظام ضوئي وكل مركب عضوي جهد أكسدة واختزال معينا (انظر جدول 1-5)،حيث النظام الضوئي الثاني (P680) يتميز بجهد موجب اكبر بكثير من جهد النظام الضوئي الثاني P700)) وفي هذا دلاله على إن مركز التفاعل (P680) يسبق المركز الأخر في هذا التتابع . من هنا ، فان جزيء
شكل 2 – نموذج لترتيب التفاعلات الضوئية
(x)
Fd
Q
2NADPH 2NADP
PQ
CF
PC
P700
4فوتونات ضوء احمر
P680
(Z)
4e- 2H2O
O2
كلوروفيل ا يتهيج عند سقوط الضوء على الضوء على مركز التفاعل الثاني (p689) – وهو مركز تصاعد الأكسجين- ويتكون منه شقان ، إلكترون ذو قوة اختزالية متوسطة ينتقل في سلسلة نقل الالكترونات ، وايون (بقية جزيء الكلوروفيل) ذو قوة أكسدة عالية تعمل على أكسدة جزيء الماء (النباتات والبكتريا الخضراء ) ونزع إلكترون منه لملء الفراغ الالكتروني على جزيء الكلوروفيل ا عبر مركب أو مركبات بروتينية ويرمز لها بالرمز(D) ، وفي النهاية ينتج تكوين ايونات (+H) وجزيء من الأكسجين (O2) كناتج ثانوي لعملية البناء الضوئي ،وذالك في سلسلة من التفاعلات لا تزال غامصة . ولكن كلا من ايوني المنجنيز(Mn) والكلور (CI) مهمان لإتمام هذه التفاعلات . لقد دلت بعض الدراسات على أن تصاعد جزيء الأكسجين في هذه العملية
يتطلب امتصاص أربعة فوتونات بوساطة النظام الضوئي الثاني (P680) وحسب ما هو واضح في الشكل السابق فان الالكترونات الذي فقده جزيء الكلوروفيل ا في النظام الضوئي الثاني يختزل مركبا يرمز له بالرمز (Q) نظرا لأنه لم يتم التعرف عليه بصورة كاملة ، وتدل دراسات الأكسدة والاختزال أن المركب (Q) قد يتكون من مركبين (malkin" ") والاعتقاد السائد هو أن الإلكترون ينتقل بعد ذالك من المستقبل الالكتروني الأول (Q) في هذا النظام إلي مركب بلاستوكينون ا (PQA) ليحوله إلي الصورة المختزلة (PQAH) حيث بتطلب إتمام التفاعل بروتونين (2H+) من هذه الصورة المختزلة ينتقل الإلكترون إلي مركب أو مركبات السيتوكروم، أشهرها في البلاستيدات الخضراء هو سيتوكروم ب6 (cytb6) المتميز بوجود ايون الحديد . بعد ذالك ينتقل الإلكترون مركب البلاستوسيانين(PC)، وهو مركب بروتيني يحوي ايون النحاس . ويقوم هذا المركب بإمرار الإلكترون إلي الفراغ الالكتروني في كلوروفيل ا في مركز التفاعل في النظام الضوئي الأول (P700) وهو مركز اختزال المركب (NADP+) بعد تهيج جزيء الكلوروفيل ا بالطاقة الضوئية عند طول الموجة 700نانومتر وفقد احد الكتروناته . والمستقبل الأول للإلكترون من جزيء كلوروفيل ا في مركز تفاعل النظام الضوئي الأول هو مركب الفيريدكسين(Fd) الذي يمرر الإلكترون إلي الإنزيم المميز فريدكسين فوسفات ثنائي نكليدتي الأدنين نيكوتيناميد ريدكتيز (Ferredoxin-NADP Reductase) ؛ ويتميز هذا الإنزيم إن المجموعة المرافقة عبارة عن مركب ثنائي نيكلدتي الفلافين أدنين (FAD++) وهي في الحقيقة مستقبل الكتروني إذ يتطلب إلي الاختزال ، وجود بروتونين لكي تتحول إلي (FADH2) وهذه الصورة المختزلة للمجموعة المرافقة تعمل على اختزال المستقبل النهائي للإلكترون في سلسلة نقل الالكترونات في نظامي الضوء وهو مركب NADP+ إلي الصورة المختزلة NADPH+H+ .
ان عملية انتقال الإلكترون بهذه الطريقة ، أي من مصدره الأساسي وهو الماء إلي المستقبل النهائي وهو مركب NADP+ ، تسمى عملية انتقال الإلكترون غير الدائري "Non-cyclic electron transfer " نظرا لان هناك عملية أخرى لانتقال الإلكترون يدور الإلكترون بناء˝ عليها حول نظام معين وتسمى عملية نقل الإلكترون الدائري (Cyclic electron transfer) ؛ وهي تحدث تحت ظروف معينة حول مركز التفاعل الأول "P700" إذ ينتقل الإلكترون من كلوروفيل ا بعد تهيجه إلي المستقبل الأول (معقد الفيريدكسين "FD") ، وعندما تخفق الالكترونات في الوصول إلي المركب NADP+ فأنها قد تنتقل إلي المركبات السيتوكروم"cytb6" فالبلاستوكينون "PC" ومنه إلي مركز التفاعل الأول ؛ وهكذا تستمر العملية متى توافرت الطاقة الضوئية المناسبة . وأسهل طريقة لإيضاح ذالك هي عن طريق تسليط إضاءة عند طول موجي قدره 700 نانومتر على مستخلص البلاستيدات ، حيث ينشط مركز التفاعل الأول فقط وينتج عن هذه العملية إنتاج طاقة كما سيرد لاحقا ، ولا يتصاعد الأكسجين لان مركز التفاعل الثاني لم ينشط .
وقد تكون عملية انتقال الإلكترون في البلاستيدات على نمط أخر يعرف بعملية انتقال الإلكترون الدائري الكاذب (Pseudo-electron transfer) ، وقد يطلق عليها أحيانا اسم تفاعل مهلر (Mahler reaction) ؛ وتأتي التسمية من كون الإلكترون ينتقل من الماء ليكون الماء مره أخرى ؛ فعند تعرض مستخلص أغشية البلاستيدة (الثايلاكويدات) لأضاءه فإنها تستهلك الأكسجين عن طريق اختزاله خاصة عندما يقل معدل تثبيت ثاني أكسيد الكربون في التفاعلات اللاضوئية وبالتالي لا يتوفر المستقبل النهائي-وهو NADP+ -لذا فإذا الالكترونات ينتقل من الماء في مسار سلسلة نقل الالكترونات حتى يصل إلي مركب الفيرويدوكسين"FD" حيث ينتقل بعد ذالك إلي مركب يعرف بمعامل اختزال الأكسجين "Oxygen Reducing Factor" الذي بدوره يمرر الإلكترون إلي جزيء الأكسجين ليكون شقا وهو فوق الأكسيد "O2-2" ليتكون في النهاية فوق أكسيد الهيدروجين "H2O2" بوساطة إنزيم ديزميوتيز فوق الاكاسيد(Superxide dismmutase) ونظرا لتأثير فوق أكسيد الهيدروجين الضار، فان إنزيم الكاتاليز(catalase) يعمل على تكسيره بصورة سريعة ليتحرر الأكسجين ويتكون الماء ويزداد معدل العملية تحت ظروف معينة مثل زيادة تركيز الأكسجين وقلة ثاني أكسيد الكربون .قد ينتقل الإلكترون أحيانا من الفيريدوكسين "Pd" إلي البروتون ليتكون جزيء الهيدروجين "H2" وذالك بمساعدة إنزيم الهيدروجينيز ( Hydrogenise) .
الخاتمة :-
سلسلة نقل الإلكترون :هي سلسلة من النواقل الكيميائية تكون مطمورة في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا وتتكون من مجموعة من الأنزيمات والبروتينات تعرف ب سيتوكروم .
س : ما دور سلسلة نقل الإلكترون في نقل الإلكترونات؟ وكيف يتم إنتاج جزيئات ATP؟
أ- تنتقل الإلكترونات والأيونات من النواقل الكيميائية NADH و FADH2 وتمر عبر سلسلة نقل الإلكترون.
ب- أثناء انتقال الإلكترونات تفقد جزء من طاقتها ويستخدم جزء منها في نقل أيونات الهيدروجين. فتمر عبر الغشاء إلى الحيز بين الغشائي ليصبح تركيزها عالياً.
ج- تعود أيونات الهيدروجين لتنتقل عبر أنزيم بناء ATP فينشط بناء جزيئات ATPحسب المعادلة.
O 2 2H + 4H+ 4e- + O2
المراجع :-
كتاب الطالب صفحة 38-39
كتاب : الموجز في البناء الضوئي
الانترنت :منتدى تعلم لأجل الإمارات
[
