شرح عملية البناء الضوئي وكذلك معادلة عملية البناء الضوئي. وسنشرح أيضًا العوامل المؤثرة على عملية التمثيل الضوئي، وسنتحدث أيضًا عن أهمية عملية التمثيل الضوئي. كل هذا من خلال مقالتنا. تابع معنا.
اشرح عملية البناء الضوئي
التمثيل الضوئي هو العملية الأساسية في حياة النباتات والطحالب. وتتميز هذه العملية بعدة مراحل رئيسية تحدث بشكل منتظم من أجل إنتاج الغذاء للنبات. تستخدم النباتات ضوء الشمس لإنتاج الأكسجين والطاقة باستخدام ثاني أكسيد الكربون والماء. ومن أهم العوامل التي يجب توافرها لكي تتم هذه العملية هي البلاستيدات الخضراء والتي تحتوي على صبغة الكلوروفيل والتي توجد في خلايا النباتات والطحالب وفي بعض أنواع البكتيريا التي تسمى البكتيريا الخضراء المزرقة . تتم عملية البناء الضوئي عبر المراحل التالية:
1- امتصاص أشعة الشمس :
تعتبر عملية امتصاص ضوء الشمس الخطوة الأولى في عملية البناء الضوئي. يساعد الكلوروفيل على امتصاص ضوء الشمس، وتوجد هذه المركبات في أغشية الثايلاكويد في البلاستيدات الخضراء النباتية. ويتم تحويل هذه الطاقة الضوئية فيما بعد إلى طاقة كيميائية عن طريق إزالة الإلكترونات من الماء الموجود في النباتات الخضراء، وإطلاق الأكسجين، بحيث يتم نقل الإلكترونات من خلال عمليات أخرى لاحقة.
2- تحويل ضوء الشمس إلى طاقة كيميائية :
تحدث عملية التحول إلى طاقة كيميائية في مرحلة الضوء أو التفاعل الضوئي (بالإنجليزية: Light Reaction)، وما يحدث في هذه المرحلة يمكن تفسيره بأن امتصاص الكلوروفيل للضوء داخل البلاستيدات الخضراء في النبات سيؤدي إلى الإثارة من بعض الإلكترونات الموجودة في الصباغ إلى مستويات طاقة أعلى ليخرج الكلوروفيل، بحيث يتكون الإنزيم (NADPH) وجزيئات الطاقة، وينطلق الأكسجين كمنتج ثانوي.
3- إنتاج الجلوكوز:
يتم إنتاج سكر الجلوكوز في المرحلة المظلمة أو التفاعل المظلم. والتي تُسمّى أيضاً بدورة كالفين (بالإنجليزية: Calvin Cycle)؛ وفي هذه المرحلة لا يحتاج النبات إلى الضوء، بل يستقبل إنزيم (NADPH) وجزيئات الطاقة التي تم إنتاجها في مرحلة الضوء، وبوجود ثاني أكسيد الكربون المأخوذ من الجو يتم إنتاج الجلوكوز.
معادلة عملية البناء الضوئي
ويمكن تمثيل معادلة البناء الضوئي على النحو التالي:
6CO2 + 12H2O ——> C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
يتم استهلاك ستة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون (CO2) واثني عشر جزيءًا من الماء (H2O)، بينما يتم إنتاج جزيء واحد من الجلوكوز (C6H12O6)، وستة جزيئات من الأكسجين (O2)، وستة جزيئات من الماء (H2O).
توضح المعادلة أعلاه أن الماء مادة متفاعلة وناتج للتفاعل. بالنظر إلى أنه يتم استهلاك اثني عشر جزيء ماء ويتم إنتاج ستة جزيئات ماء، يمكن تبسيط معادلة التمثيل الضوئي على النحو التالي:
6CO2 + 6H2O ——> C6H12O6 + 6O2
العوامل المؤثرة على عملية التمثيل الضوئي
1- شدة الضوء :
إذا كانت كمية الضوء الساطع على النبات قليلة جدًا، فلن تحدث التفاعلات الكيميائية المعتمدة على الضوء كما ينبغي. وهذا يعني أن التحلل الضوئي لن يحدث بسرعة، وبالتالي سيتم إنتاج كمية أقل من حامل الإلكترون NADPH وحامل الطاقة ATP وهذا النقص سيؤدي إلى تفاعلات مستقلة عن الضوء.
يمكن بسهولة التحقق من شدة الضوء المطلوبة في النباتات المائية مثل الأعشاب البحرية، حيث يمكن حساب فقاعات الأكسجين المنبعثة أو قياس حجمها. وبتغيير المسافة بين الضوء والنبات تتغير شدة الضوء ويؤثر هذا التغير في شدة الضوء على تغير معدل عملية التمثيل الضوئي ويمكن استخدام الإضاءة الاصطناعية. في الظلام لزيادة معدل عملية التمثيل الضوئي.
2- مستويات ثاني أكسيد الكربون:
يستخدم ثاني أكسيد الكربون في التفاعلات المستقلة عن الضوء، حيث يتحد مع حامل الإلكترون NADPH، وحامل الطاقة ATP، والعديد من المواد الكيميائية الأخرى لتكوين الجلوكوز. لذلك، إذا لم يكن هناك ما يكفي من ثاني أكسيد الكربون، فإن حامل الإلكترون NADPH وحامل الطاقة ATP سوف يتراكم ولن يتم تكوين ما يكفي من الجلوكوز.
3- درجة الحرارة:
هناك العديد من الإنزيمات التي تعمل في تفاعلات البناء الضوئي، وجميعها تؤدي دورها على أفضل وجه عند درجات الحرارة المثلى في بيئتها. تتمتع النباتات الاستوائية بدرجة حرارة مثالية أعلى من تلك التي تتكيف مع المناخات المعتدلة. إذا انخفضت درجات الحرارة كثيرًا، تقل الطاقة الحركية، وبالتالي ينخفض معدل التفاعل، أما إذا كانت درجات الحرارة مرتفعة جدًا، تفقد الإنزيمات قدرتها الطبيعية ويتوقف تحفيز تفاعل التمثيل الضوئي. لذلك من المهم أن تحافظ البيوت المحمية الزراعية على درجة الحرارة المثالية لتحقيق نمو صحي وطبيعي للنباتات.
أهمية عملية التمثيل الضوئي
1- أهمية عملية التمثيل الضوئي في توازن الغازات:
وتكمن أهمية عملية التمثيل الضوئي في أنها المصدر الأساسي للأكسجين في الغلاف الجوي، والذي تحتاجه معظم الكائنات الحية للبقاء على قيد الحياة.[[[[
في عملية التمثيل الضوئي، يستخدم النبات ثاني أكسيد الكربون الذي تزفره الحيوانات والإنسان، إلى جانب الماء والطاقة الشمسية، لإنتاج الغذاء الذي يحتاجه، وفي المقابل يطلق الأكسجين في الغلاف الجوي لتستخدمه بقية الكائنات الحية. في عملية التنفس الخلوي.
لذلك، بالإضافة إلى أن عملية التمثيل الضوئي تشكل علاقة تكافلية بين جميع الكائنات الحية، فإنها تعمل على موازنة نسبة الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.
2- أهمية عملية التمثيل الضوئي للنباتات:
النبات كائن ذاتي التغذية. أي أنها تعتمد على نفسها في توفير غذائها، ويحدث ذلك من خلال عملية التمثيل الضوئي التي يستخدم فيها النبات الماء والطاقة الشمسية وثاني أكسيد الكربون لإنتاج الطاقة.
3- أهمية عملية التمثيل الضوئي للإنسان والحيوان:
بالإضافة إلى أهمية عملية التمثيل الضوئي في توفير الغذاء للنباتات، فهي مهمة أيضًا في توفير الغذاء للكائنات الحية الأخرى. تعتبر النباتات الخضراء المنتج الرئيسي للغذاء في النظام البيئي، وتعتمد عليها جميع الكائنات الحية الأخرى بشكل مباشر أو غير مباشر في غذائها. إذا توقفت عملية التمثيل الضوئي، فسوف تنخفض المواد الغذائية والمواد العضوية الأخرى الموجودة على الأرض.