ما هي عملية التركيب الضوئي

عملية التركيب الضوئي أو ما تُعرف بالبناء الضوئي واسمها باللغة

الإنجليزية

Photosynthesis هي عملية كيميائية معقدة تتم عن طريق النباتات الخضراء التي تتصف بأنها ذاتية التغذية بالإضافة إلى أنواع محددة من البكتريا الزرقاء وفي صانعات اليخضور أو ما تسمى بالكلوروبلاست الموجودة في الطحالب والنباتات العليا، وتتم عملية التركيب الضوئي باستخدام الطاقة الموجودة في ضوء الشمس وتحويلها من طاقة كهرومغناطيسية تكون على شكل فوتونات أشعة الشمس إلى طاقة كيميائية يتم تخزينها في روابط سكر الجلوكوز.

فهنا نجد أن عملية التركيب الضوئي تتمثل باستخدام النباتات والطحالب بالإضافة إلى أنواع محددة من البكتريا لطاقة الشمس حتى يتم الحصول على طاقة كيميائية التي تكون عبر البلاستيدات الخضراء والتي تحتوي على

الكلوروفيل

.

ما هو الكلوروفيل

يعتبر الكلوروفيل بأنه هو جزيء معقد وهناك أنواع كثيرة من الكلورفيل وتختلف هذه الأنواع حسب النباتات والكائنات الحية الأخرى، مع العلم أن جميع الكائنات الضوئية تحتوي على الكلوروفيل وهو صباغ يقوم على امتصاص الطاقة الذي يحتاجها من

الطول

الموجي البنفسجي بالإضافة إلى الأزرق المحمر، ولكنه لا يمتص الأطوال الموجية المتوسطة والتي تتجلى ألوانها في الطيف الضوئي في الأخضر والأصفر والبرتقالي.

من نواتج عملية البناء الضوئي

نجد أن عملية التركيب الضوئي أو ما تسمى بعملية البناء الضوئي لا تقتصر أهميتها على الكائن الحي فقط بل هي تمتد إلى الأنظمة البيئية المحيطية لأنها تعتمد على امتصاص غاز ثاني أوكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي حتى تتم هذه العملية وينتج عنها نواتج عدة منها :

غاز الأوكسجين حيث تعمل هذه العملية بتحويل غاز ثاني أوكسيد الكربون بالإضافة إلى

الماء

إلى أوكسجين، ويتم إطلاقه عن طريق الثغور الموجودة على الجهة السفلية من الورقة، وعند إطلاق غاز الأوكسجين في الغلاف الجوي يحدث توازن ما بينه وبين غاز ثاني أوكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي.
الماء
سكر الجلوكوز وهو الغذاء والذي يعد مصدر الطاقة للنباتات حيث أنه يُنقل في أجزاء النبات عن طريق أوعية اللحاء، و نجد أن الوظيفة الأساسية لعملية التركيب الضوئي تتمثل في تحويل الطاقة الموجودة في أشعة الشمس إلى طاقة كيميائية للغذاء، حيث أن النباتات جميعها بالإضافة إلى الحيوانات كلها تعتمد في النظام البيئي على السكريات والكربوهيدرات التي يتم إنتاجها عن طريق النبات بعملية التركيب الضوئي.

مراحل عملية البناء الضوئي

إن لعملية التركيب الضوئي مرحلتين تتجليان في :

المرحلة الأولى تكون في تفاعلات الضوء فهي تعتمد على توفر الضوء وتتطلب إنزيمات محددة حتى يتم تحفيزها، يتم فيها تحويل الطاقة الضوئية التي يتم امتصاصها من قِبل الكلوروفيل إلى طاقة كيميائية وتُستخدم هذه الطاقة حتى يتم تقسيم الماء إلى هيدروجين و أوكسجين، ويتم استخدام هذه الطاقة الكيميائية حتى يتم صنع ATP ويتم تخزين الطاقة الكيميائية على هذا الشكل، ثم يتم نقل كل من الهيدروجين والـ ATP إلى المرحلة الثانية، ومن الممكن أن يتم استخدام بعض الأوكسجين الناتج عن طريق الميتوكوندريا في الخلايا النباتية لحدوث التنفس الهوائي، ثم ينتشر الأوكسجين خارج الخلايا النباتية ويخرج بواسطة الأوراق عبر ثغورها، ونجد أن تأثير عملية التركيب الضوئي الهام هو تزويد الغلاف الجوي بالأوكسجين.
المرحلة الثانية هي تثبيت الكربون حيث أنها تحتاج إلى طاقة والتي يتم توفيرها بواسطة ATP بواسطة التفاعلات الضوئية، ويتم كسر الـ ATP حتى يتم إطلاق الطاقة التي ستعمل على دمج الهيدروجين مع غاز ثاني أوكسيد الكربون حتى يتم إنتاج السكر، وإن التحكم في تفاعلات تثبيت الكربون تتم عن طريق إنزيمات معينة.[1]

التفاعلات الضوئية في عملية البناء الضوئي

إن التفاعلات الضوئية التي تحدث في عملية التركيب الضوئي هي مجموعة من التفاعلات التي تحدث في أغشية أقراص الجرانا المتواجدة داخل البلاستيدة الخضراء والتي تحتوي على أصباغ الكلوروفيل، حيث أن الضوء هو العامل الأساسي الذي يحدد سرعتها،وتتم من خلال:

إن بداخل البلاستيدة الخضراء يتم تحويل الطاقة الضوئية التي تستمدها من أشعة الشمس إلى طاقة كيميائية يتم اختزانها مؤقتاً على شكل مركبين هما ATP و NADPH واللذان يُستخدمان من قِبل النبات ولا يحدث تكوين أي مادة كربوهيدراتية في هذه المرحلة.
وإن الطاقة التي تلتقطها مادة الكلورفيل تُستخدم لتوليد إلكترونات وهي التي تقوم بدورها في إنتاج مركبي ATP , NADPH في سلسلة من التفاعلات تُعرف باسم تفاعلات الضوء لأنها تحتاج إلى طاقة ضوئية.
يقوم هذان المركبان بتقليل ثاني أوكسيد الكربون ثم يحولانه إلى فوسفوجليسيرات ويتم هذا عن طريق سلسلة من التفاعلات تدعى دورة كالفين أو التفاعلات المظلمة.[2]

خطوات مرحلة التفاعلات الضوئية

إن مرحلة التفاعلات الضوئية تتم في سلسلة من الخطوات وتتجلى في:

إن الضوء يسقط على الكلوروفيل المتواجد في أغشية أقراض جرانا البلاستيدات الخضراء حيث أن فوتونات ضوء الشمس تصطدم مع إلكترونات ذرات الكلورفيل ويساهم هذا الاصطدام بإكساب الإلكترونات طاقة فتغدو مثارة ومهيجة ثم تقفز من مستوياتها الأقل في الطاقة إلى مستويات تكون أعلى، وتعتبر هذه الحالة غير ثابتة لهذه الإلكترونات لهذا تميل إلى عودتها إلى مكانها ومدارها الأصلي الذي كانت فيه قبل حدوث الإصطدام .
يتم اختزان طاقة الضوء الحركية التي لعبت دوراً في تحريك الإلكترونات من مدار إلى آخر كطاقة كيميائية في إلكترون ذرة الكلورفيل، وهذا إن دل على شيء إنما يدل على أن الطاقة لا تفنى بل هي تكون في طور التحول من صورة إلى أخرى، وفي هذه الحالة يُطلق على جزيئات الكلوروفيل اسم الجزيئات المنشطة أو المثارة.
بعد أن يذهب عامل الإثارة للإلكترون فهو يميل للعودة إلى مداره الأصلي وخلال عودته يقوم بإطلاق الطاقة التي اكتسبها وبهذه الحالة تتحرر الطاقة التي كانت مختزنة في الكلوروفيل ثم تنتقل إلى مكان آخر بدون مرافقة الإلكترون معها، وأما الإلكترونات فتهبط إلى مستوى طاقة أقل وبالتالي يغدو الكلورفيل غير منشط ويصبح جاهزاً ليمتص مزيداً من الضوء حتى يتم تنشيطه مرة أخرى.
نلاحظ أن جزء من الطاقة التي تم تحريرها من الإلكترون قد استُخدمت في شطر جزيء الماء H2O إلى ذرتي هيدروجين وذرة أوكسجين، أما الجزء المتبقى من هذه الطاقة فتُستخدم لصنع وتكوين مركب ATP الذي يقوم بحمل الطاقة إلى هذه التفاعلات اللاضوئية.

أهمية البناء الضوئي

إن عملية التركيب الضوئي مهمة جداً للكائنات الحية لأنها تعتبر المصدر الأول الذي ينتج الأوكسجين في الغلاف الجوي، فلولا عملية البناء الضوئي لما حدثت دورة الكربون وبالتالي لم تكن الحياة ما زالت قائمة على كوكب الأرض التي تعتمد على وجود الأوكسجين، حيث أن النباتات الخضراء تستخدم عملية التركيب الضوئي حتى تنتج الغذاء عن طريق استخدام ضوء الشمس وثاني أوكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي بالإضافة إلى الماء، ونرى أن أهمية هذه العملية تكمن في :

فهي تعتبر المصدر الأول لإنتاج الأوكسجين في الغلاف الجوي.
تساهم في حدوث دورة الكربون التي تكون بين الأرض والمحيطات وبين النباتات والحيوانات.
تقوم بالمساهمة في العلاقة التكافلية التي تكون بين النباتات والبشر وأيضاً الحيوانات.
تساهم في التأثير على الحياة على كوكب الأرض.
تعتبر مصدر الطاقة الأولية لمعظم النباتات وأيضاً للأشجار.