تعريف التفاعلات الضوئية
يمكن تصنيف التفاعلات إلى نوعين، التفاعلات الضوئية والتفاعلات اللاضوئية، ولتوضيح الفرق بينهما يمكن إجراء مقارنة .
تحدث عملية التمثيل الضوئي في عدة مراحل، حيث يتم امتصاص الطاقة الضوئية من الشمس من قبل الصبغات في الأوراق وتحويلها إلى طاقة كيميائية في المرحلة الأولى، وتتضمن هذه المرحلة سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي تسمى التفاعلات الضوئية.
تستخدم التفاعلات الضوئية الطاقة الناتجة عن الشمس لتكوين جزيئين أساسيين في دورة كالفن للتمثيل الضوئي، وهما جزيء تخزين الطاقة ATP وحامل الإلكترونات المخفض NADPH.
،
اين تحدث التفاعلات الضوئية
تتألف عملية التمثيل الضوئي في النباتات من مرحلتين رئيسيتين؛ وهي التفاعلات الضوئية ودورة كالفن.
تحدث التفاعلات الضوئية في أغشية الثايلاكويد للعضيات، والتي تسمى البلاستيدات الخضراء، حيث تقوم الأنظمة الضوئية والبروتينات والأصباغ المحسنة بدور رئيسي في هذه التفاعلات الضوئية، ويتم ذلك وفقا لخطوات مختلفة للتفاعلات الضوئية.
تُعَدُّ البلاستيدات الخضراء واحدة من الفروق الرئيسية بين الخلايا الحيوانية والخلايا النباتية؛ حيث لا تحتوي الخلايا الحيوانية على بلاستيدات خضراء، وبالتالي لا يمكنها إجراء عملية البناء الضوئي
كيف تعمل التفاعلات الضوئية
كما ذكرنا أن التفاعلات الضوئية ، تكون مرحلة من مرحلتين تتكون منهما عملية التمثيل الضوئي ، وخلال هذه المرحلة ، تقوم البلاستيدات الخضراء بامتصاص الطاقة الضوئية الصادرة من ضوء الشمس ، مع استخدام الماء ، من أجل إنتاج الأكسجين ، تمهيدا لإنتاج الجلوكوز من ثاني أكسيد الكربون في المرحلة المقبلة.
تشتمل البلاستيدات الخضراء على أكوام من الثايلاكويدات ، والثايلاكويد عبارة عن أكياس غذائية مسطحة تحتوي على السوائل ، مثل الماء ، والاصباغ مثل الكلوروفيل ، وتشتمل البلاستيدات الخضراء على جزأين منفصلين من البلاستيدات الخضراء ؛ إحداهما يكون داخل البلاستيدات الخضراء نفسها ، والآخر تكون الأجزاء الداخلية للثايلاكويد.
يقوم صبغة الكلوروفيل الموجودة في الثايلاكويد بامتصاص الطاقة الواردة من ضوء الشمس. الأجزاء الداخلية للثايلاكويد هي الموقع الأول لعملية البناء الضوئي. السدى، السائل الذي يملأ المساحة الداخلية المحيطة بالثايلاكويد، هو المكان الذي يستخدم فيه ثاني أكسيد الكربون لإنتاج الجلوكوز، وهو المرحلة الثانية من عملية البناء الضوئي
عملية البناء الضوئي وكيفية حدوثها
تتكون عملية البناء الضوئي، أو التمثيل الضوئي، من مرحلتين هما: التفاعلات الضوئية ودورة كالفين، وكل منهما يتألف من خطوات معينة.
تحتاج عملية البناء الضوئي إلى مواد متفاعلة لإتمامها وتشمل هذه المواد ثاني أكسيد الكربون والماء، حيث يتم استخدامهما كجزيئات أساسية لبدء عملية البناء الضوئي. ولا يمكن حدوث هذه العملية بدون العنصر الأساسي المكون من ضوء الشمس.
تتفاعل الثلاثة عناصر السابقة معًا بشكل ضروري في عملية البناء الضوئي، حيث تلتقي في البلاستيدات الخضراء الموجودة في الخلايا الورقية للنباتات، وهذا يساعد في حدوث عملية التمثيل الضوئي.
تقع صبغة الكلوروفيل، وهي الصبغة الخضراء الموجودة في أوراق النباتات، داخل غشاء الثايلاكويد في البلاستيدات الخضراء حيث تقوم هذه الصبغات بامتصاص الطاقة الضوئية من ضوء الشمس.
تقوم الأوردة في النباتات بنقل الماء من جذور النبات إلى الأوراق، حيث يتم إدخال غاز ثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء إلى الورقة عن طريق فتحات تسمى الثغور، وهي مسامات خاصة تسمح بتدفق الغازات ذهاباً وإياباً داخل الورقة.
تنتج عملية التمثيل الضوئي منتجين عند اكتمالها، وهما الجلوكوز والأكسجين، حيث:
- يمكن خلط الجلوكوز، وهو جزيء سكر بسيط، مع غيره من جزيئات الجلوكوز لتكوين كربوهيدرات كبيرة مثل النشا، ويمكن استخدامه في عملية التمثيل الضوئي كغذاء للنباتات لتخزين الطاقة على شكل جزيئات كبيرة من الكربوهيدرات.
- الأكسجين ، وهو الغاز الذي تتنفسه الكائنات الحية من أجل البقاء على قيد الحياة ، وغاز الأكسجين يكون عبارة عن نفايات ناتجة عن عملية البناء الضوئي ، يتم إطلاقه في الهواء عن طريق الثغور ، فبدون النباتات التي تقوم بعملية البناء الضوئي ، لن يكون هناك اكسجين لاستمرار حياة الكائنات الحية الأخرى. ،
التفاعل الكيميائي لعملية البناء الضوئي
يتألف التفاعل الكيميائي اللازم لعملية البناء الضوئي من 6 جزيئات من غاز ثاني أكسيد الكربون و6 جزيئات من الماء، بالإضافة إلى الطاقة الضوئية الممتصة من الشمس، وينتج هذا التفاعل جزيء واحد من الجلوكوز و6 جزيئات من غاز الأكسجين.
وتكون المعادلة الكيميائية باستخدام الرموز الكيميائية ، كما يلي :
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
حيث أن ؛
ثاني أكسيد الكربون (CO2)
جزيئات الماء (H2O)
الأكسجين (O2)
الجلوكوز (C6H12O6)
على الرغم من أن المعادلة قد تبدو بسيطة، إلا أن عملية التمثيل الضوئي عملية معقدة تتم على مرحلتين، كما شرحنا سابقًا، حيث تشمل التفاعلات الضوئية ودورة كالفين.
ماهي دورة كالفين
وهي المرحلة الثانية من مراحل عملية التمثيل الضوئي ، والتي يتم فيها إنتاج الجلوكوز باستخدام غاز ثاني أكسيد الكربون ، والطاقة المخزنة مؤقتا في ATP و NADPH لإنتاج السكر الجلوكوز ، وحيث أن هذه العملية تحدث مدورة مستمرة ، وتم اكتشافها من قبل العالم كالفين ، فتم إطلاق اسم ” دورة كالفين ” عليها.
تتكون دورة كالفين من أربع خطوات رئيسية، وهي:
- مرحلة تثبيت الكربون.
- مرحلة الاختزال.
- مرحلة تكوين الكربوهيدرات.
- مرحلة التجديد.
في هذه الدورة يتم العمل على توفير الطاقة لتغذية التفاعلات الكيميائية التي تحدث خلال عملية توليد السكر باستخدام ATP و NADPH، وهذه المركبات الكيميائية تحتوي على محطات طاقة تم التقاطها من أشعة الشمس.
تعتبر دورة كالفن مهمة لجميع الكائنات الحية، وليست فقط النباتات، حيث تعتمد النباتات على دورة كالفن للحصول على الطاقة والغذاء اللازم لها، بينما تعتمد الكائنات الحية الأخرى غير المباشرة عليها في تناول الطعام الذي يأتي من النباتات، وكذلك في عملية التنفس