شرح عملية البناء الضوئي

كل الكائنات الحية تحتاج إلى الغذاء من أجل استمرارها، فالإنسان يعتمد على الحيوان والنبات حتى يعيش، والنباتات تعتمد على عملية البناء الضوئي أو ما تسمى بعملية التمثيل الضوئي.

وتشير عملية البناء الضوئي إلى العملية الغذائية للنبات والتي تحتاج إلى عدة عوامل حتى تنجح، وهي تحدث في البلاستيدات الخضراء. وذلك من خلال تجميع العناصر الغذائية باستخدام ثاني أكسيد الكربون والماء وأشعة الشمس، حيث يكون الناتج الثانوي لهذه العملية هو الأكسجين.

تعريف عملية التمثيل الضوئي

البناء الضوئي للنبات هو عبارة عن عملية حيوية تقوم بها النباتات الخضراء وبعض أنواع البكتيريا والطحالب لتحويل الطاقة الضوئية القادمة من الشمس إلى طاقة كيميائية يتم تخزينها في صورة سكر جلوكوز وهي تعتبر أساس الحياة على الأرض لأنها توفر الغذاء للنباتات وتساهم في إنتاج الأكسجين الضروري لتنفس معظم الكائنات الحية.

تحدث عملية التمثيل الضوئي للنبات عندما تقوم النباتات باستخدام الطاقة الضوئية بهدف تحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى جلوكوز وأكسجين.

حيث تحتوي أوراق النباتات على عضيات خلوية تعرف باسم البلاستيدات الخضراء، وتضم كل بلاستيدة صبغة خضراء اللون تسمى الكلوروفيل. تمتص جزيئات الكلوروفيل الطاقة الضوئية بينما يدخل ثاني أكسيد الكربون والأكسجين من خلال المسام الدقيقة في الأوراق، وينتج السكريات مثل الجلوكوز والفركتوز.

تستخدم النباتات هذه السكريات كمصدر للطاقة، فترسلها إلى الجذور والسيقان والأوراق، مما يساعدها على النمو. ثم تتحد جزيئات السكر هذه مع بعضها البعض لتكوين كربوهيدرات أكثر تعقيدًا مثل السليلوز والنشا.

أما فيما يتعلق بهل تحدث عملية البناء الضوئي في الظلام؟ فالإجابه لا، لأن المرحلة الأولى منها تعتمد بشكل أساسي على وجود ضوء الشمس، ولكن قد تستمر بعض التفاعلات اللاضوئية لفترة قصيرة بعد غياب الضوء إذا كانت مركبات الطاقة لا تزال متوفرة.

لمعرفة المزيد من التفاصيل والمعلومات حول شرح عملية البناء الضوئي في النبات يمكنك التواصل معنا للحصول على أفضل مدرس علوم في مركز شاين التعليمي.

العوامل المؤثرة في التمثيل الضوئي

حتى تتم عملية التركيب الضوئي للنبات، يحتاج إلى شروط وهي العوامل المؤثرة في العملية كما يلي:

شدة الضوء

حيث أن شدة الضوء المتزايدة تؤدي إلى معدل أعلى من التمثيل الضوئي. كما ينتج عن شدة الإضاءة المنخفضة معدل أقل من التمثيل الضوئي.

تركيز ثاني أكسيد الكربون

فالتركيز العالي لثاني أكسيد الكربون يساعد في زيادة معدل التمثيل الضوئي.

درجة الحرارة

وهي من أهم العوامل المؤثرة في التركيب الضوئي عند النباتات، لذلك فمن المهم أن تكون درجة الحرارة بين 25 درجة مئوية إلى 35 درجة مئوية.

الماء

الماء من أهم العوامل في عملية البناء الضوئي في النبات، ومن الممكن أن يؤدي نقصه إلى مشاكل في امتصاص ثاني أكسيد الكربون.

التلوث

قد تترسب الملوثات الصناعية والجسيمات الأخرى على سطح أوراق النبات في سد مسام الثغور مما يجعل من الصعب امتصاص ثاني أكسيد الكربون.

أهمية البناء الضوئي

تعتبر عملية البناء الضوئي واحدة من أهم العمليات الحيوية على كوكب الأرض، فهي:

•  المصدر الأساسي لإنتاج الغذاء الذي تعتمد عليه النباتات.
•  تشكل أساس السلسلة الغذائية لجميع الكائنات الحية.
•  تساهم في إنتاج الأكسجين اللازم لتنفس الإنسان والحيوان.
•  تقوم بامتصاص ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي، وهذا يساعد على الحفاظ على التوازن البيئي والحد من آثار التغير المناخي.

معادلة التمثيل الضوئي

يتضمن تفاعل التمثيل الضوئي اثنين من المتفاعلات، وثاني أكسيد الكربون والماء. حيث ينتج المتفاعلان منتجان ثانويا وهما؛ الأكسجين والجلوكوز. ويكون التفاعل ماص للحرارة حيث تتم صياغة تفاعل عملية التمثيل الضوئي كما يلي:

6CO2 + 6H2O -> C6H12O6 + 6O2

كيف تتم عملية البناء الضوئي

تتمثل خطوات عملية البناء الضوئي فيما يلي:

• يدخل ثاني أكسيد الكربون من خلال الثغور
• تقوم شعيرات الجذور بامتصاص الماء ثم نقله إلى الأوراق من خلال أوعية نسيج الخشب.
• يمتص الكلوروفيل الطاقة الضوئية من الشمس لتقسيم جزيئات الماء إلى هيدروجين وأكسجين.
• يستخدم الهيدروجين من جزيئات الماء وثاني أكسيد الكربون الممتص من الهواء في إنتاج الجلوكوز.
• يتم إطلاق الأكسجين في الغلاف الجوي من خلال الأوراق كمنتج نفايات.
• يعتبر الجلوكوز هو مصدر غذاء للنباتات التي توفر الطاقة للنمو والتطور، بينما يتم تخزين الباقي في الجذور والأوراق والفواكه لاستخدامها لاحقًا.

وبذلك نرى أن عملية البناء الضوئي تحدث على مرحلتين:

رد فعل يعتمد على التفاعلات الضوئية

حيث يبدأ التمثيل الضوئي بتفاعل الضوء الذي يتم فقط خلال النهار في وجود ضوء الشمس. وفي النباتات، يحدث التفاعل المعتمد على الضوء في أغشية الثايلاكويد للبلاستيدات الخضراء.

تعمل أكياس Grana المرتبطة بالغشاء مثل الهياكل الموجودة داخل الثايلاكويد عن طريق تجميع الضوء وتسمى أنظمة الصور.

تحتوي هذه الأنظمة الضوئية على مجمعات كبيرة من جزيئات الصبغ والبروتينات الموجودة داخل الخلايا النباتية، والتي تلعب الدور الأساسي أثناء عملية تفاعلات الضوء لعملية التمثيل الضوئي.

ويمكن اختزال المعادلة الكيميائية في تفاعل الضوء لعملية التمثيل الضوئي إلى:

2H2O + 2NADP + + 3ADP + 3Pi → O2 + 2NADPH + 3ATP

رد فعل يعتمد على التفاعلات اللاضوئية (دورة كالفن)

او التفاعل المظلم الذي يسمى تفاعل تثبيت الكربون، وهي عملية مستقلة عن الضوء تتشكل فيها جزيئات السكر من جزيئات الماء وثاني أكسيد الكربون.

يحدث التفاعل الداكن في سدى البلاستيدات الخضراء حيث يستخدمون نواتج NADPH و ATP لتفاعل الضوء. وتقوم النباتات بالتقاط ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي من خلال الثغور ثم تنتقل إلى دورة التمثيل الضوئي لكالفين.

في دورة كالفين، يتشكل ATP و NADPH أثناء تفاعل الضوء يدفع التفاعل ويحول 6 جزيئات من ثاني أكسيد الكربون إلى جزيء سكر أو جلوكوز. ويمكن اختزال المعادلة الكيميائية للتفاعل المظلم إلى:

3CO2 + 6 NADPH + 5H2O + 9ATP → G3P + 2H + 6 NADP + + 9 ADP + 8 Pi