ما المادتين الناتجتين عن عملية البناء الضوئي؟ وكيف تتم تلك العملية؟ التمثيل الضوئي هو العملية التي تستخدمها النباتات لصنع طعامها.. فمثل كل الكائنات الحية تحتاج النباتات إلى الطاقة للقيام بالعمليات التي تبقيها على قيد الحياة، فالبشر ومعظم الحيوانات كائنات غيرية التغذية مما يعني أنه يتعين علينا استهلاك الكائنات الحية الأخرى -النباتات أو الحيوانات الأخرى أو مزيج من الاثنين- للغذاء.. ومع ذلك، فإن النباتات ذاتية التغذية.

ما المادتين الناتجتين عن عملية البناء الضوئي

هناك نوعان من عمليات التمثيل الضوئي: التمثيل الضوئي الأكسجيني وعملية التمثيل الضوئي غير المؤكسدة.. يتبع كلاهما مبادئ متشابهة جدًا، لكن التمثيل الضوئي الأكسجيني هو الأكثر شيوعًا، بينما تحصل الحيوانات والفطريات على الطاقة بشكل غير مباشر، عن طريق هضم بقايا الحيوانات أو النباتات، تستخدم النباتات عملية تسمى التركيب الضوئي لإنتاج الطاقة مباشرة من الشمس.

يستخدم النبات الأوراق لالتقاط الطاقة الخام من أشعة الشمس أو الضوء الاصطناعي ومعالجتها كيميائيًا إلى عدة مواد كيميائية تجعل من الممكن للنبات أن يعيش وينمو ويتكاثر، في الحيوانات، يتم تخزين ATP في الأنسجة العضلية، لكن النباتات لا تستخدم في الأنسجة العضلية وبدلًا من ذلك تخزن ATP في نفس البلاستيدات الخضراء التي تُستخدم للمساعدة في جمع الطاقة من الشمس.

يستخدم ATP وينتج في عملية التمثيل الضوئي وهو ضروري في كل من عملية الفسفرة الضوئية التي تنتج ATP، ودورة Calvin التي تنتج السكريات لتخزين مكاسب الطاقة الناتجة عن التمثيل الضوئي.. من هنا نجد أن المادتين الناتجتين عن عملية البناء الضوئي هما: الأكسجين، سكر الجلوكوز.

1- الأكسجين O2

هو أحد أكثر المنتجات الثانوية فائدة لعملية التمثيل الضوئي.. بالطبع، تحتاج الحيوانات مثل البشر إلى الأكسجين للتنفس ويتم إطلاق هذه المادة التي تحافظ على الحياة كمنتج نفايات من عملية التمثيل الضوئي.

عندما يأخذ النبات ضوء الشمس وتبدأ عملية التمثيل الضوئي، فإنه يأخذ أيضًا ستة جزيئات من H20 أو الماء، وستة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون الذي يستخدمه في إنتاج كل جزيء من السكر.

على أن يستخدم السكر لاحتجاز إنزيم ATP وتخزين الطاقة لاستخدامه لاحقًا، ولكن نظرًا لأن كل جزيء سكر لا يتطلب سوى ستة جزيئات من الأكسجين، يتم ترك ستة جزيئات من الأكسجين.

2- سكر الجلوكوز

المادة الثانية في المادتين الناتجتين عن عملية البناء الضوئي، وهو مثل احتياطيات الدهون للحيوان يعمل السكر على شكل جلوكوز إلى جانب الفركتوز والسكريات الأخرى كنظام تخزين الطاقة على المدى الطويل للنباتات، ويضمن ألا يجف النبات أو يموت.

يستخدم السكر أيضًا في إنتاج الزهور والفواكه في العديد من النباتات.. يتم إنشاء السكر في دورة كالفين بالقرب من نهاية عملية التمثيل الضوئي، والتي يشار إليها أحيانًا بالمرحلة المظلمة لأنها تحدث بعد تجميع ضوء الشمس.

كيف تتم عملية البناء الضوئي؟

علمنا أن التمثيل الضوئي هو العملية التي تستخدمها النباتات والطحالب وبعض البكتيريا لتحويل ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون والماء إلى غذاء، على أن الهدف من عملية التمثيل الضوئي هو إنتاج الطاقة للنبات، تأتي هذه الطاقة بشكل أساسي على شكل إنزيم ATP، أو أدينوسين ثلاثي الفوسفات، وهو منتج ضروري لجميع الكائنات الحية والطاقة المستخدمة في التفاعلات والتفاعلات الخلوية.. وفيما يلي تفصيلًا لتلك العملية:

1- امتصاص الضوء

تستخدم النباتات ضوء الشمس لتحويل الماء وثاني أكسيد الكربون إلى جلوكوز وأكسجين وهما المادتين الناتجتين عن عملية البناء الضوئي.. وفي علم الأحياء، غالبًا ما يتم التعبير عن هذه المعلومات باستخدام معادلة كيميائية.

2- التفاعل الكيميائي

تُظهر المعادلات الكيميائية عادةً الجزيئات التي تدخل التفاعل (المواد المتفاعلة) إلى اليسار والجزيئات التي تنتج من التفاعل (المنتجات) إلى اليمين، مفصولة بسهم يشير إلى حدوث تفاعل.

[المتفاعلات] → [المنتجات]

يمكنك التفكير في المواد المتفاعلة على أنها مكونات لتحضير الوجبة والمنتجات كأطباق مختلفة في تلك الوجبة.. ومع وضع ذلك في الاعتبار، دعنا نلقي نظرة على المعادلة الكيميائية لعملية التمثيل الضوئي:

ضوء الشمس + 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2

CO2 = ثاني أكسيد الكربون

H2O = ماء

C6H12O6 = الجلوكوز

O2 = أكسجين

لذلك، لإنتاج جزيء واحد من الجلوكوز (و6 جزيئات من غاز الأكسجين)، يحتاج النبات إلى 6 جزيئات من ثاني أكسيد الكربون و6 جزيئات من الماء.

3- المواد المتفاعلة في عملية التمثيل الضوئي

لقد أثبتنا أن النباتات تحتاج إلى ثاني أكسيد الكربون والماء لإنتاج الطاقة، ولكن من أين تأتي هذه المواد المتفاعلة وكيف تصل إلى حيث تحتاج إلى الذهاب داخل النبات؟

تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون من الهواء من خلال فتحات صغيرة في أوراقها تسمى الثغور.. تحتوي بعض النباتات (معظم المونوكوت) على ثغور على جانبي أوراقها، والبعض الآخر (الثنائيات وعدد قليل من المونوكوتس) لها ثغور فقط على الجانب السفلي أو الطبقة السفلية من البشرة.

4- النواتج المترتبة

تحصل النباتات على الماء من التربة المحيطة بجذورها، ويصل الماء إلى الأوراق عن طريق نسيج الخشب، وهو جزء من نظام الأوعية الدموية في النبات.. وفي الأوراق يتم احتواء النسيج الخشبي واللحاء في الحزمة الوعائية.

بمجرد دخول الورقة، ينتقل ثاني أكسيد الكربون وجزيئات الماء إلى خلايا الطبقة الوسطى، وهي طبقة من نسيج الأرض بين البشرة العلوية والسفلية.. وداخل هذه الخلايا تستخدم عضيات تسمى البلاستيدات الخضراء ثاني أكسيد الكربون والماء لإجراء عملية التمثيل الضوئي.

تعمل الطاقة الضوئية القادمة من الشمس على بدء عملية التمثيل الضوئي في البلاستيدات الخضراء في الخلايا النباتية.. حيث تحتوي تلك الخلايا على عضيات خاصة تسمى البلاستيدات الخضراء، والتي تعمل كمواقع للتفاعلات التي تشكل عملية التمثيل الضوئي.

تحتوي أغشية الثايلاكويد الخاصة بهم على صبغة تسمى الكلوروفيل، والتي تمتص الفوتونات (الطاقة الضوئية) من الشمس، وتبدأ التفاعلات المعتمدة على الضوء التي تحدث داخل الثايلاكويدات، خلال هذه التفاعلات يتم تكسير جزيئات الماء، ويتم إنتاج NADPH، ATP وهي جزيئات عالية الطاقة تعمل على إنتاج الجلوكوز أثناء التفاعلات المعتمدة على الضوء أيضًا.

العوامل المؤثرة في البناء الضوئي

يعتمد إنتاج المادتين الناتجتين عن عملية البناء الضوئي على المرور ببعض المتغيرات، وهي:

  • مدى وفرة وجودة الإنزيمات.
  • التركيب الداخلي للورقة من حيث تصنيفها.
  • إذا كانت كمية الكربوهيدرات أقل تكدسًا.
  • مدى تعرض النبات إلى ضوء الشمس، وارتفاع شدة الإضاءة.
  • ارتفاع درجة الحرارة أو انخفاضها.
  • مدى ارتفاع نسبة ثاني أكسيد الكربون في البيئة.
  • التعرض إلى الجفاف أو وفرة المياه.

البناء الضوئي هو عملية حيوية تعمل على تحويل الطاقة الضوئية إلى كيميائية اعتمادًا على مادة الكلوروفيل في النباتات.