تويت
ما هو التركيب الضوئي
التركيب الضوئي هو العملية التي تقوم بها النباتات الخضراء وبعض الكائنات الحية الأخرى بتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقةٍ كيميائيةٍ، إذ أنه أثناء عملية التركيب الضوئي يقوم النبات بالتقاط الطاقة الضوئية واستخدامها لتحويل الماء وثاني أكسيد الكربون والمعادن إلى أوكسجين ومركباتٍ عضويةٍ غنيةٍ بالطاقة.
جهاز التركيب الضوئي
في ما يلي المكونات الخلوية الأساسية لعملية التركيب الضوئي:
الصبغيات
الأصباغ هي عبارةٌ عن أجزاءٍ تضفي اللون على النباتات والطحالب والبكتريا، ولكنها مسؤولةٌ أيضًا عن حبس أشعة الشمس، حيث أنّ الأصباغ مختلفة الألوان تمتص ألوانًا موجيةً مختلفةً من الضوء وفيما يلي المجموعات الرئيسية الثلاث منها:
البلاستيدات
تحتوي الكائنات حقيقية النواة على عضياتٍ تسمى البلاستيدات موجودة في السيتوبلازم الخاص بها، والتي يمكنها تخزين العناصر الغذائية.
مراكز التفاعل
تسمى الصباغ والبروتينات التي تحول الطاقة الضوئية إلى طاقةٍ كيميائيةٍ ثم تبدأ بعملية نقل الإلكترون بمراكز التفاعل.
مراحل عملية التركيب الضوئي
عندما يضرب شعاعٌ من أشعة الشمس نباتًا أخضر مورق تبدأ عندها عملية التركيب الضوئي حيث أنّ الخطوة الأولى تحدث في البلاستيدات الخضراء للخلايا النباتية، إذ يتم امتصاص الفوتونات الضوئية بواسطة صبغة الكلوروفيل التي تبدو خضراء اللون، لأنّها لا تمتص الأمواج الخضراء بل تعكسها بدلًا من ذلك.
تأخذ النباتات ثاني أكسيد الكربون من خلال مسامها (الفتحات المجهرية الموجودة في الأنسجة) لاستخدامه في عملية التركيب الضوئي، بينما تقوم بإطلاق الأوكسجين في الهواء المحيط بها.
بعد امتصاص الطاقة الضوئية من أشعة الشمس يحول النبات هذه الطاقة إلى شكلٍ من أشكال الطاقة الكيميائية التي تستخدم لتغذية خلايا النبات، فأثناء التفاعلات التي تعتمد على الضوء تنشط الإلكترونات وتنفصل عن جزيئات الماء تاركةً الأوكسجين كمنتجٍ ثانويٍّ، حيث أنّ إلكترونات الهيدروجين في جزيء الماء تنتقل إلى مركز التفاعل في جزيء الكلوروفيل.
ففي مركز التفاعل يمر الإلكترون على طول سلسلة النقل بمساعدة إنزيم ATP، وتنقل الطاقة من الإلكترونات إلى الأدينوسين ثلاثي الفوسفات ATP ويخفض فوسفات ثنائي نيوكليوتيد الأدنين وأميد النيكوتين NADPH والتي تسمى بعملية انتشار الطاقة للخلايا.
تعرف المرحلة الأخيرة من عملية التركيب الضوئي بإسم دورة Calvin-Benson حيث يستخدم النبات ثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء والماء الموجود في التربة لتحويل الـ ATP والـ NADPH، إذ أنّ التفاعلات الكيميائية التي تشكل دورة Calvin-Benson تحصل في البلاستيدات الخضراء، فهذه المرحلة من عملية التركيب الضوئي لا تعتمد على الضوء حتى أنه من الممكن أن تحدث في الليل.
إنّ الـ ATP و NADPH ذات عمرٍ قصيرٍ ويجب تحويلها وتخزينها بواسطة النبات، إذ أنّ طاقة جزيئاتهما تمكن الخلية من استخدام ثاني أوكسيد الكربون الموجود في الهواء والذي ينتج عنه إنتاج السكر والأحماض الدهنية والجلسيرين في المرحلة الثالثة من التركيب الضوئي، حيث يتم تخزين الطاقة التي لا يحتاجها النبات على الفور لاستخدامها لاحقًا.
أهمية التركيب الضوئي
خلال عملية التركيب الضوئي تأخذ النباتات غاز ثاني أكسيد الكربون وتطلق غاز الأوكسجين كمنتجٍ ثانويٍّ، فبدون عملية التركيب الضوئي التي يقوم بها النبات لا يمكن تعويض الأوكسجين المستهلك في عمليات التنفس والاحتراق وستزداد كذلك مستويات غاز ثاني أكسيد الكربون في الجو، وبالتالي فإنّ هذه العملية تحافظ على توازن الغازات في الغلاف الجوي.
تسمى النباتات الخضراء بالمنتجات لأنها تنتج جميع المواد الغذائية الخاصة بها من المواد الخام من حولها عبر عملية التركيب الضوئي، بينما تعتبر الحيوانات والإنسان كائناتٍ مستهلكةً وجميع المواد الغذائية التي يتناولونها تأتي بشكلٍ غير مباشرٍ من النباتات، إذ يحصل سكان العالم على أكثر من 80% من غذائهم مباشرةً من المصادر النباتية والمصدر المتبقي يأتي من الحيوانات التي تعتبر جزءًا من السلسلة الغذائية التي تبدأ دائمًا بالنباتات.
تحتوي النباتات على مجموعةٍ واسعةٍ من المواد الكيميائية التي يتم استخراجها واستخدامها في إنتاج الأدوية، وكمثالٍ على ذلك فإنّ الإسبرين المستخدم كمسكنٍ للألم هو عبارةٌ عن مادةٍ كيميائيةٍ تستخرج من لحاء شجرة الصفصاف.
تنتج العديد من النباتات موادًا كيميائيةً كآليةٍ دفاعيةٍ لحمايتها من هجمات الآفات، إذ يمكن استخراج هذه المواد الكيميائية منها واستخدامها في إنتاج المبيدات الطبيعية اللازمة لحماية المحاصيل من الأمراض.
جهاز التركيب الضوئي
في ما يلي المكونات الخلوية الأساسية لعملية التركيب الضوئي:
الصبغيات
الأصباغ هي عبارةٌ عن أجزاءٍ تضفي اللون على النباتات والطحالب والبكتريا، ولكنها مسؤولةٌ أيضًا عن حبس أشعة الشمس، حيث أنّ الأصباغ مختلفة الألوان تمتص ألوانًا موجيةً مختلفةً من الضوء وفيما يلي المجموعات الرئيسية الثلاث منها:
- الكلوروفيل: وهي أصباغٌ ذات لونٍ أخضر قادرةٌ على محاصرة الضوء الأزرق والأحمر، وهناك أيضًا نوعٌ من البكتيريا يسمى بكتيريا كلوروفيل تمتص الأشعة تحت الحمراء ويشاهد هذا الصباغ بشكلٍ رئيسيٍّ في البكتيريا الأرجوانية والخضراء التي تقوم بعملية التركيب الضوئي غير المؤكسد.
- الكاروتينات: وهي أصباغٌ حمراء أو برتقالية أو صفراء تقوم بامتصاص الضوء الأخضر المائل للأزرق.
- الفيكوبيلينس: وهي أصباغٌ حمراء أو زرقاء تقوم بامتصاص أطوال موجية من الضوء لا يستطيع الكلوروفيل والكاروتينات امتصاصها بشكلٍ جيدٍ، وتشاهد في البكتريا الزرقاء والطحالب الحمراء.
البلاستيدات
تحتوي الكائنات حقيقية النواة على عضياتٍ تسمى البلاستيدات موجودة في السيتوبلازم الخاص بها، والتي يمكنها تخزين العناصر الغذائية.
مراكز التفاعل
تسمى الصباغ والبروتينات التي تحول الطاقة الضوئية إلى طاقةٍ كيميائيةٍ ثم تبدأ بعملية نقل الإلكترون بمراكز التفاعل.
مراحل عملية التركيب الضوئي
- تجميع الطاقة
عندما يضرب شعاعٌ من أشعة الشمس نباتًا أخضر مورق تبدأ عندها عملية التركيب الضوئي حيث أنّ الخطوة الأولى تحدث في البلاستيدات الخضراء للخلايا النباتية، إذ يتم امتصاص الفوتونات الضوئية بواسطة صبغة الكلوروفيل التي تبدو خضراء اللون، لأنّها لا تمتص الأمواج الخضراء بل تعكسها بدلًا من ذلك.
تأخذ النباتات ثاني أكسيد الكربون من خلال مسامها (الفتحات المجهرية الموجودة في الأنسجة) لاستخدامه في عملية التركيب الضوئي، بينما تقوم بإطلاق الأوكسجين في الهواء المحيط بها.
- تحويل الطاقة الضوئية
بعد امتصاص الطاقة الضوئية من أشعة الشمس يحول النبات هذه الطاقة إلى شكلٍ من أشكال الطاقة الكيميائية التي تستخدم لتغذية خلايا النبات، فأثناء التفاعلات التي تعتمد على الضوء تنشط الإلكترونات وتنفصل عن جزيئات الماء تاركةً الأوكسجين كمنتجٍ ثانويٍّ، حيث أنّ إلكترونات الهيدروجين في جزيء الماء تنتقل إلى مركز التفاعل في جزيء الكلوروفيل.
ففي مركز التفاعل يمر الإلكترون على طول سلسلة النقل بمساعدة إنزيم ATP، وتنقل الطاقة من الإلكترونات إلى الأدينوسين ثلاثي الفوسفات ATP ويخفض فوسفات ثنائي نيوكليوتيد الأدنين وأميد النيكوتين NADPH والتي تسمى بعملية انتشار الطاقة للخلايا.
- تخزين الطاقة الضوئية
تعرف المرحلة الأخيرة من عملية التركيب الضوئي بإسم دورة Calvin-Benson حيث يستخدم النبات ثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء والماء الموجود في التربة لتحويل الـ ATP والـ NADPH، إذ أنّ التفاعلات الكيميائية التي تشكل دورة Calvin-Benson تحصل في البلاستيدات الخضراء، فهذه المرحلة من عملية التركيب الضوئي لا تعتمد على الضوء حتى أنه من الممكن أن تحدث في الليل.
إنّ الـ ATP و NADPH ذات عمرٍ قصيرٍ ويجب تحويلها وتخزينها بواسطة النبات، إذ أنّ طاقة جزيئاتهما تمكن الخلية من استخدام ثاني أوكسيد الكربون الموجود في الهواء والذي ينتج عنه إنتاج السكر والأحماض الدهنية والجلسيرين في المرحلة الثالثة من التركيب الضوئي، حيث يتم تخزين الطاقة التي لا يحتاجها النبات على الفور لاستخدامها لاحقًا.
أهمية التركيب الضوئي
- بالنسبة للغلاف الجوي
خلال عملية التركيب الضوئي تأخذ النباتات غاز ثاني أكسيد الكربون وتطلق غاز الأوكسجين كمنتجٍ ثانويٍّ، فبدون عملية التركيب الضوئي التي يقوم بها النبات لا يمكن تعويض الأوكسجين المستهلك في عمليات التنفس والاحتراق وستزداد كذلك مستويات غاز ثاني أكسيد الكربون في الجو، وبالتالي فإنّ هذه العملية تحافظ على توازن الغازات في الغلاف الجوي.
- بالنسبة للغذاء
تسمى النباتات الخضراء بالمنتجات لأنها تنتج جميع المواد الغذائية الخاصة بها من المواد الخام من حولها عبر عملية التركيب الضوئي، بينما تعتبر الحيوانات والإنسان كائناتٍ مستهلكةً وجميع المواد الغذائية التي يتناولونها تأتي بشكلٍ غير مباشرٍ من النباتات، إذ يحصل سكان العالم على أكثر من 80% من غذائهم مباشرةً من المصادر النباتية والمصدر المتبقي يأتي من الحيوانات التي تعتبر جزءًا من السلسلة الغذائية التي تبدأ دائمًا بالنباتات.
- بالنسبة للأدوية
تحتوي النباتات على مجموعةٍ واسعةٍ من المواد الكيميائية التي يتم استخراجها واستخدامها في إنتاج الأدوية، وكمثالٍ على ذلك فإنّ الإسبرين المستخدم كمسكنٍ للألم هو عبارةٌ عن مادةٍ كيميائيةٍ تستخرج من لحاء شجرة الصفصاف.
- بالنسبة للمبيدات الحشرية
تنتج العديد من النباتات موادًا كيميائيةً كآليةٍ دفاعيةٍ لحمايتها من هجمات الآفات، إذ يمكن استخراج هذه المواد الكيميائية منها واستخدامها في إنتاج المبيدات الطبيعية اللازمة لحماية المحاصيل من الأمراض.