مراحل عملية البناء الضوئي

المادتان الناتجتان عن عملية البناء الضوئي هي

تسمى عملية البناء الضوئي بالتمثيل الضوئي أو التركيب الضوئي، وهي واحدة من العمليات الحيوية الكيميائية الأساسية الضرورية لنمو الطحالب والنباتات والبكتيريا الزرقاء، وتتم هذه العملية باستخدام الكلوروبلاست أو الصانعات الخضراء، وتحول الطاقة الشمسية الضوئية التي تتكون من فوتونات الضوء الكهرومغناطيسي إلى طاقة كيميائية.

هناك اثنان من المركبات الأساسية التي يتم إنتاجها من خلال عملية التمثيل الضوئي، وهي الأكسجين وسكر الجلوكوز. يتم ذلك عن طريق امتصاص أشعة الشمس من خلال الصبغة الخضراء المعروفة بالكلوروفيل في النباتات الخضراء، ثم يتم تحويلها إلى طاقة كيميائية. في الوقت نفسه، يتم احتباس غاز ثاني أكسيد الكربون داخل البلاستيدات الخضراء مما يؤدي إلى إنتاج بعض المواد السكرية المعروفة بالجلوكوز، وإطلاق غاز الأكسجين وإطلاق جزيئات الماء.

يعتمد البناء الضوئي على عملية كيميائية تستخدمها النباتات لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء والمعادن إلى أكسجين وكربوهيدرات باستخدام ضوء الشمس كمصدر للطاقة، ويساعد هذا الإنتاج على توفير الغذاء اللازم للنباتات للبقاء على قيد الحياة والنمو. وبالتالي، تعتمد النباتات على الجلوكوز الذي يتم إنتاجه في البناء الضوئي كغذاء لها، في حين تستخدم الغازات والماء والمعادن فقط كمدخلات في إنتاج الجلوكوز، ويدل هذا على الاختلاف الكبير بين عملية البناء الضوئي وعملية التنفس الخلوي التي تتبعها النباتات

كيف تتم عملية البناء الضوئي

يتم البحث كثيرا حول عملية البناء الضوئي التي تحدث في مرحلتين، وهما:

دورة كالفين

تعرف دورة كالفين كذلك بالتفاعلات الغير معتمدة في قيامها على الضوء، وخلال حدوث دورة كالفين يتم استعمال جزيئات الطاقة ATP و NADPH التي تنتج عن ما يعتمد على الضوء من تفاعلات، إذ تستعمل في تثبيت غاز ثاني أكسيد الكربون، إلى جانب ما تقوم به من إنتاج جزيئات السكر ثلاثية الكربون ومن ثم تتحد تلك الجزيئات عقب ذلك لتكون الجلوكوز، وبالتالي فإن عملية التمثيل الضوئي  تتم وبها يتحول غاز الأكسجين والضوء أيضاً إلى غذاء تتمكن النباتات من الاستفادة منه.

التفاعلات المعتمدة على الضوء

تسبق تلك الخطوة في عملية البناء الضوئي دورة كالفين والتي تعني التفاعل المعتمد على الضوء، ويجدر بالذكر هنا أن أشعة الشمس تمر من خلال النسيج الوسطي متجهة نحو جزء يعرف بالبلاستيدات الخضراء بالتحديد، وداخل تلك البلاسيتدات الخضراء توجد تراكيب تشبه الأقراص وتسمى الثايلاكويدات، ويحتوي غشاء الثايلاكويد على مقدار من صبغة الكلوروفيل التي تمتص الضوء وأشعة الشمس في المقام الأول.

في الداخل الخاص بالبلاستيدات الخضراء وأجزائها المختلفة، تحدث معظم التفاعلات الكيميائية، وتبدأ التفاعلات المعتمدة على الضوء عندما يصل الضوء فعليا إلى الثايلاكويد. يقوم صبغة الكلوروفيل بامتصاص الضوء وتحويله إلى مركبين للطاقة، أحدهما هو مركب ATP الذي يخزن الطاقة في النبات، والمركب الثاني هو NADPH الذي ينقل ويحمل الإلكترونات. في هذه المرحلة يتم أيضا تحويل الماء إلى غاز الأكسجين.

معادلة عملية البناء الضوئي

• تتكون صيغة تفاعل التمثيل الضوئي للماء وثاني أكسيد الكربون والكلوروفيل والضوء الشمسي من إنتاج الأكسجين والجلوكوز.
• ينتج عن تلك المعادلة التالي: يتم إطلاق غاز الأكسجين نتيجة تفاعل كل جزيء من غاز ثاني أكسيد الكربون مع جزيء من الأوكسجين، ويتم إنتاج مركبات سكرية تحتوي على طاقة عالية وكبيرة.

أهمية البناء الضوئي

الفرق بين البناء الضوئي والتنفس الخلوي يكمن في الدور الذي يلعبه البناء الضوئي والوظائف الهامة التي يقوم بها للنبات. يسمح البناء الضوئي للنبات بإنتاج طعامه بطريقة ذاتية دون الحاجة إلى مساعدة خارجية. ولكن هذا ليس الحد الذي يقتصر عليه، بل هناك العديد من الفوائد الأخرى المرتبطة بعملية البناء الضوئي، ومن بينها

• عملية البناء الضوئي تعد المصدر الأساسي والرئيسي للأكسجين في الغلاف الجوي للكرة الأرضية وداخله.
• تمثل عملية البناء الضوئي علاقة تكافلية بين الإنسان والحيوان والنبات، حيث يحتاج كل منهم إلى الآخر في هذه العملية ويستفيد كلاهما منها، وخاصة فيما يتعلق بالغذاء.
• يساهم عملية التمثيل الضوئي في الدورة الطبيعية للكربون، والتي تحدث بين المحيطات والكرة الأرضية، وبين الحيوانات والنباتات.
• يتم استخدام الكربوهيدرات التي تنتج في عملية البناء الضوئي لبناء هياكل الخلايا النباتية، ومن أمثلة تلك الهياكل هو جدار الخلايا السليلوزية

العوامل المؤثرة على عملية البناء الضوئي

• الضوء: تتناسب شدة ضوء الشمس وما ينبعث منها من أشعة مع عملية التمثيل الضوئي بشكل تناسب طردي، حيث يزداد البناء الضوئي كلما زادت شدة إضاءة أشعة الشمس، ولكن هذا يتوقف عند حد معين من الضوء، وإلا سيتحول الأمر إلى ضرر يؤثر على عملية التمثيل الضوئي.
• غاز ثاني أكسيد الكربون: يتم إنتاج تأثير ناتج عن تركيز غاز ثاني أكسيد الكربون الموجود في الجو بنسبة تبلغ حوالي (0.04%) بشكل طردي بينه وبين عملية التمثيل الضوئي، حيث يتم دمج الكربون مع الكربوهيدرات وبذلك يزيد معدل التمثيل الضوئي بشكل كبير وسريع.
• درجة الحرارة: تسريع الحرارة عملية التمثيل الضوئي إلى حد معين، ولكن بعد تجاوز هذا الحد تتأثر العملية بشكل سلبي، مما يشير إلى تأثير الاحتباس الحراري على عملية البناء الضوئي.

شرح عملية البناء الضوئي للاطفال

يعد أحد أفضل الأساليب لتوضيح عملية التمثيل الضوئي للأطفال هو استخدام طريقة النقاط وتوضيح معنى هذه العملية، حيث يتم تسمية البناء الضوئي بسلسلة من العمليات الكيميائية الحيوية التي تحول ثاني أكسيد الكربون والماء إلى غاز الأوكسجين والجلوكوز. وفيما يلي أهم المعلومات المبسطة المتعلقة بعملية التمثيل الضوئي

• ليست النباتات هي الكائنات الحية الوحيدة التي تقوم بعملية البناء الضوئي.
• تستخدم مادة الجلوكوز لتخزين الطاقة على المدى البعيد وليست مجرد غذاء للنباتات.
• البناء الضوئي هو عملية عكسية لعملية التنفس الخلوي.
• لا تعد مادة الكلوروفيل الوحيدة التي تشترك في عملية التمثيل الضوئي كصبغة.
• يتسبب وجود مادة الكلوروفيل في اكتساب النباتات والأشجار لونها الأخضر.
• يستخدم النباتات العضيات التي تعرف باسم البلاستيدات الخضراء في عملية البناء الضوئي.
• توجد العديد من أنواع التمثيل الضوئي، وليس هناك نوع أو شكل واحد فقط.