ما هو التمثيل الضوئي؟ سنتحدث عن أهمية عملية التمثيل الضوئي. معادلة التمثيل الضوئي. مراحل عملية البناء الضوئي . كل هذه المواضيع ستجدها في مقالتنا.
ما هو التمثيل الضوئي
التمثيل الضوئي هو العملية التي تقوم من خلالها النباتات الخضراء وبعض الكائنات الحية الأخرى بتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية. أثناء عملية التمثيل الضوئي في النباتات الخضراء، يتم التقاط الطاقة الضوئية واستخدامها لتحويل الماء وثاني أكسيد الكربون والمعادن إلى أكسجين ومركبات عضوية غنية بالطاقة. سيكون من المستحيل المبالغة في أهمية عملية التمثيل الضوئي في الحفاظ على الحياة على الأرض. إذا توقف التمثيل الضوئي، فلن يكون هناك سوى القليل من الطعام أو المواد العضوية الأخرى على الأرض، وسوف تختفي معظم الكائنات الحية، وبمرور الوقت سيكون الغلاف الجوي للأرض خاليًا تقريبًا من الأكسجين الغازي. الكائنات الحية الوحيدة القادرة على العيش في ظل هذه الظروف هي البكتيريا المصنعة كيميائيًا، والتي يمكنها الاستفادة من الطاقة الكيميائية لبعض المركبات غير العضوية وبالتالي لا تعتمد على تحويل الطاقة الضوئية.
أهمية عملية التمثيل الضوئي
1- تعتبر عملية التمثيل الضوئي مهمة للكائنات الحية لأنها المصدر الأول للأكسجين في الغلاف الجوي. وبدون عملية التمثيل الضوئي، لا يمكن أن تحدث دورة الكربون، ولن تستمر الحياة التي تحتاج إلى الأكسجين، وتموت النباتات. تستخدم النباتات والأشجار الخضراء عملية التمثيل الضوئي لإنتاج الغذاء من ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون. الماء في الغلاف الجوي هو المصدر الأساسي للطاقة. تكمن أهمية عملية التمثيل الضوئي في حياة الإنسان في كمية الأكسجين التي تنتجها. وبدون عملية التمثيل الضوئي، لن يكون هناك سوى القليل من الأكسجين على هذا الكوكب أو لن يكون هناك أي شيء على الإطلاق.
2- النباتات والطحالب والبكتيريا هي الكائنات الحية الوحيدة التي يمكنها حصد ضوء الشمس واستخدام الطاقة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مادة عضوية. يعد ثاني أكسيد الكربون من الملوثات الرئيسية للهواء، لذا فإن الكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي تحافظ على الهواء نظيفًا. وفي هذه العملية، تنتج الأكسجين، الذي يشكل جزءًا كبيرًا من الهواء الذي نتنفسه، لذا فإن عددًا أقل من النباتات يعني إعادة تدوير أقل لثاني أكسيد الكربون وإنتاجًا أقل للأكسجين. كما توفر لنا النباتات الغذاء والألياف لصنع الملابس. وبدون عملية التمثيل الضوئي، لن نكون قادرين على الاستمرار في الحياة التي نعيشها.
معادلة التمثيل الضوئي
1- تتم عملية التمثيل الضوئي من خلال الطاقة الضوئية القادمة من الشمس، والتي تسبب سلسلة من التفاعلات الكيميائية بين ثاني أكسيد الكربون والماء، لتكوين الجلوكوز (السكر البسيط) والأكسجين كنواتج نهائية لعملية التمثيل الضوئي. يمكن التعبير عن العملية الإجمالية بثاني أكسيد الكربون + الماء + الطاقة الضوئية → الجلوكوز + الأكسجين
2- يتطلب التفاعل وجود الكلوروفيل، وهو صبغة خضراء موجودة في جميع الكائنات الحية التي يمكنها إجراء عملية التمثيل الضوئي. تلعب البلاستيدات الخضراء دورًا مهمًا في التقاط الطاقة من ضوء الشمس الوارد ونقلها إلى المركبات الكيميائية المشاركة في عملية التمثيل الضوئي. في الخلايا النباتية، توجد البلاستيدات الخضراء في عضيات تسمى البلاستيدات الخضراء. تتم جميع عمليات التمثيل الضوئي في النباتات داخل البلاستيدات الخضراء، والتي تتركز في الخلايا الحاجزة للورقة.
3- تستمر عملية التمثيل الضوئي من خلال سلسلة من الخطوات، حيث يدخل الماء إلى النبات عبر الجذور وينتقل إلى الأوراق. يدخل ثاني أكسيد الكربون إلى الأوراق من خلال مسام صغيرة تسمى الثغور، ثم تلتقط البلاستيدات الخضراء الطاقة من ضوء الشمس داخل البلاستيدات الخضراء. ثم تؤدي هذه الطاقة إلى سلسلة من التفاعلات الكيميائية بين ثاني أكسيد الكربون والماء وتحوله إلى جلوكوز وأكسجين.
4- يتم بعد ذلك إطلاق الأكسجين الناتج عن عملية التمثيل الضوئي في الهواء كفضلات وقد يحرق النبات بعض الجلوكوز فورًا للحصول على الطاقة اللازمة للقيام بالأنشطة الخلوية. يمكن تحويل بعض جزيئات الجلوكوز إلى سكريات أخرى مثل الفركتوز أو السكروز أو ربطها معًا لتكوين السليلوز، وهو كربوهيدرات ضروري لبناء وإصلاح جدران الخلايا. يرتبط معظم الجلوكوز الناتج في عملية التمثيل الضوئي معًا لتكوين النشا، وهو أيضًا كربوهيدرات معقدة تخزنها النباتات في أنسجتها وتتحلل إلى جزيئات الجلوكوز عندما تحتاج إلى الطاقة.
مراحل عملية البناء الضوئي
1- جمع الطاقة
عندما يسقط شعاع ضوء الشمس على نبات أخضر مورق، تبدأ عملية التمثيل الضوئي. الخطوة الأولى تحدث في البلاستيدات الخضراء للخلايا النباتية. يتم امتصاص فوتونات الضوء بواسطة صبغة الكلوروفيل، التي تظهر باللون الأخضر لأنها لا تمتص الموجات الخضراء بل تعكسها بدلاً من ذلك.
تأخذ النباتات ثاني أكسيد الكربون من خلال مسامها (فتحات مجهرية في الأنسجة) لاستخدامها في عملية التمثيل الضوئي، بينما تطلق الأكسجين في الهواء المحيط.
2- تحويل الطاقة الضوئية
وبعد امتصاص الطاقة الضوئية من أشعة الشمس يقوم النبات بتحويل هذه الطاقة إلى شكل من أشكال الطاقة الكيميائية التي تستخدم في تغذية الخلايا النباتية. أثناء التفاعلات التي تعتمد على الضوء، يتم تنشيط الإلكترونات وفصلها عن جزيئات الماء، مما يترك الأكسجين كناتج ثانوي، حيث تتحرك إلكترونات الهيدروجين الموجودة في جزيء الماء إلى المركز. التفاعل في جزيء الكلوروفيل.
3-مركز التفاعل
يمر الإلكترون على طول سلسلة النقل بمساعدة إنزيم ATP، ويتم نقل الطاقة من الإلكترونات إلى أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) وفوسفات ثنائي النوكليوتيد النيكوتيني (NADPH) والتي تسمى عملية انتشار الطاقة إلى الخلايا.
4- تخزين الطاقة الضوئية
تُعرف المرحلة الأخيرة من عملية التمثيل الضوئي بدورة كالفن-بينسون، حيث يستخدم النبات ثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء والماء الموجود في التربة لتحويل ATP وNADPH. تحدث التفاعلات الكيميائية التي تشكل دورة كالفين بنسون في البلاستيدات الخضراء. هذه المرحلة من عملية التمثيل الضوئي لا تعتمد على الضوء لذلك يمكن أن تحدث في الليل.