آخر تحديث: 30/09/2021

ما هو التمثيل الضوئي؟ وكيف يتم؟

ما هو التمثيل الضوئي؟ وكيف يتم؟
تقوم النباتات بعملية التمثيل الضوئي من أجل البقاء، تمامًا كما يجب أن تأكل وتشرب الماء، يمكنهم مواصلة حياتهم من خلال القيام بعملية البناء الضوئي، عملية أساسية لا يمكن للنباتات أن تنمو بدونها.
في هذا المقال سنجيبك على أسئلة كثيرة من أهمها ما هي عملية البناء الضوئي وكيف تتم؟ وما هي أنواع النباتات التي تقوم بعملية البناء الضوئي، وما هي المكونات التي تتواجد في النباتات وتقوم بهذه العملية؟

ما هو التمثيل الضوئي؟

  • الكائنات الحية ذات الأوراق الخضراء أو الأصباغ المحتوية على الكلوروفيل تنتج طعامها عن طريق أخذ الطاقة من الضوء (الشمس).
  • يستخدم الكلوروفيل، الذي يعطي أوراق النباتات لونها الأخضر، الطاقة الشمسية، وباستخدام هذه الطاقة تقوم بتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى أكسجين وسكر.
  • هذه النباتات مثلها مثل الإنسان تنتج طعامها بنفسها، وتحتاج إلى طاقة لكي تنمو وتستمر في الحياة.
  • الكلوروفيلهو أحد أبطال عملية البناء الضوئي هو الكلوروفيل، يوجد أكثر من 100 جزيء صغير يسمى البلاستيدات الخضراء في كل خلية داخل الأوراق الخضراء للنباتات.
  • المادة الملونة في هذه البلاستيدات الخضراء تسمى الكلوروفيل، ووظيفتهم التقاط الأشعة القادمة من الشمس، حيث يلتقطون هذه الأشعة ويحولونها إلى طاقة وغذاء.
  • عندما تنتج النباتات طعامها، فإنها تأخذ ثاني أكسيد الكربون من الهواء وتطلق الأكسجين، على عكس الإنسان الذي يستنشق الأكسجين ويخرجه ثاني أكسيد الكربون.
  • لا يتعين على النباتات عن الطعام والطهي مثل الكائنات الحية الأخرى على الأرض، فهي تنتج وتأكل الطعام دون الحاجة إلى الحركة من خلال عملية البناء الضوئي.

ما هي فوائد عملية البناء الضوئي؟

كما ذكرنا سابقًا فعملية البناء الضوئي عملية لا غنى عنها لنمو النباتات، ولكن لها فوائد أخرى وهي:

  • توفر إنتاج الأكسجين للكائنات الحية.
  • تقلل من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.
  • توفر استمرارًا للنباتات الورقية الخضراء، التي تعتبر غذاءً للحيوانات.
  • استخدمت الطاقة الشمسية بطريقة مفيدة.
  • النباتات هي أول ما يتبادر إلى أذهاننا عندما يتعلق الأمر بالكائنات الحية الضوئية، ولكن هناك استثناء، فالنباتات التي لا تحتوي على الجزء الأخضر لا تستطيع البناء الضوئي؛ لأن هذه النباتات لم تتمكن من العثور على البلاستيدات الخضراء بداخلها.

من أنواع النباتات التي تقوم بعملية البناء الضوئي التالي:

  1. الطحالب هي الأنواع الأخرى التي تقوم بعملية البناء الضوئي، والطحالب كائنات مائية خضراء لا توجد جذورها في التربة، وهي من الأطعمة التي تحبها الأسماك كثيرًا.
  2. الطلائعيات التي تعيش في الغالب في الماء هي كائنات وحيدة الخلية، وهناك أيضًا أنواع منها لا تقوم بعملية البناء الضوئي.
  3. تأتي البكتيريا الزرقاء في قائمة الكائنات الحية الضوئية وتوجد في المحيطات وبعض المناطق الأرضية.

ما هي المكونات المطلوبة لإتمام عملية البناء الضوئي؟

تحتاج عملية البناء الضوئي بعض المكونات، والتي يمكن أن نطلق عليها ظروف لتتم بنجاح، وهي:

1. الأصباغ

  • الصبغات هي جزيئات تعطي لونًا للنباتات والطحالب والبكتيريا، لكنها مسؤولة عن التقاط ضوء الشمس بشكل فعال.
  • تمتص الأصباغ الملونة المختلفة أطوال موجية مختلفة من الضوء. يتكون من ثلاث مجموعات رئيسية.

2. الكلوروفيل:

  • هذه الأصباغ ذات اللون الأخضر لها القدرة على التقاط الضوء الأزرق والأحمر، هناك ثلاثة أنواع فرعية من الكلوروفيل وهي الكلوروفيل أ والكلوروفيل ب والكلوروفيل ج.
  • تحتوي جميع نباتات البناء الضوئي على الكلوروفيل أ، هناك أيضًا نوع بكتيري يسمى بكتيريوكلوروفيل الذي يمتص الأشعة تحت الحمراء.
  • يحدث هذا الصباغ بشكل رئيسي في البكتيريا الأرجوانية والخضراء التي تقوم بعملية البناء الضوئي غير المؤكسدة.

3. الكاروتينات:

  • تمتص هذه الأصباغ الحمراء أو البرتقالية أو الصفراء الضوء المزرق والأخضر، من أمثلة الكاروتينات زانثوفيل (أصفر) وكاروتين (برتقالي)، ومنهما يستمد الجزر لونه.

4. فيكوبيلين:

  • تمتص هذه الأصباغ الحمراء أو الزرقاء أطوال موجية من الضوء لا يتم امتصاصها جيدًا بواسطة الكلوروفيل والكاروتينات، تحدث في البكتيريا الزرقاء والطحالب الحمراء.

5. البلاستيدات:

  • تحتوي كائنات حقيقيات النوى الضوئية على عضيات تسمى البلاستيدات في السيتوبلازم الخاص بها.
  • تسمى البلاستيدات ذات الغشاء المزدوج في النباتات والطحالب البلاستيدات الأولية، بينما تسمى الأنواع متعددة الأغشية الموجودة في العوالق بالبلاستيدات الثانوية، وغالبًا ما تحتوي البلاستيدات على أصباغ أو قد تخزن العناصر الغذائية.
  • يحدث البناء الضوئي في البلاستيدات الخضراء خاصة في منطقتي الغرانا والسدى، غرانا هي أعمق جزء من العضية.
  • مجموعة من الأغشية على شكل قرص مكدسة على أعمدة مثل الألواح، تسمى الأقراص الفردية ثايلاكويدات، وفيها يتم نقل الإلكترونات.
  • تشبه البلاستيدات الخضراء الميتوكوندريا، مراكز الطاقة في الخلايا، من حيث أن لديها جينومها الخاص أو مجموعة من الجينات الموجودة في دنا دائري.
  • تقوم هذه الجينات بترميز عملية البناء الضوئي إلى بروتينات ضرورية للعضية، مثل الميتوكوندريا، يُعتقد أن البلاستيدات الخضراء تنشأ من خلايا بكتيرية بدائية من خلال عملية التعايش الداخلي.

6. هوائيات

  • ترتبط جزيئات الصباغ بالبروتينات، مما يتيح لها المرونة للتحرك نحو الضوء ونحو بعضها البعض.
  • مجموعة كبيرة من 100 إلى 5000 جزيء صبغ تشكل "هوائيات"، تلتقط هذه الهياكل بفعالية الطاقة الضوئية من الشمس في شكل فوتونات.
  • في النهاية، يجب نقل الطاقة الضوئية إلى مركب بروتيني صبغي يمكن تحويله إلى طاقة كيميائية على شكل إلكترونات.
  • في النباتات يتم نقل الطاقة الضوئية إلى أصباغ الكلوروفيل، يحدث التحول إلى طاقة كيميائية عندما تقذف صبغة الكلوروفيل إلكترونًا، والذي يمكن أن ينتقل بعد ذلك إلى متقبل مناسب.

7. مراكز التفاعل:

  • تُعرف الأصباغ والبروتينات التي تحول الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية وتبدأ عملية نقل الإلكترون بمراكز التفاعل.
  • تنقسم تفاعلات البناء الضوئي للنبات إلى تلك التي تتطلب وجود ضوء الشمس من النبات وتلك التي لا تتطلب ذلك، كلا التفاعلين يحدثان في البلاستيدات الخضراء.
  • التفاعلات المعتمدة على الضوء عندما يضرب الفوتون الخفيف موقع التفاعل، يطلق جزيء الصباغ مثل الكلوروفيل الإلكترونات.
  • يتمكن الإلكترون المنطلق من الهروب، ويمر عبر سلسلة نقل الإلكترون التي تنتج الطاقة اللازمة لإنتاج ATP  (أدينوسين ثلاثي الفوسفات، وهو مصدر طاقة كيميائية للخلايا) وNADPH 
  • يتم ملء "ثقب الإلكترون" في صبغة الكلوروفيل الأصلية بأخذ إلكترون من الماء، نتيجة لذلك، يتم إطلاق الأكسجين في الغلاف الجوي.
  • تفاعلات الضوء المستقلة (المعروفة أيضًا باسم التفاعلات المظلمة وتسمى دورة كالفين) تنتج تفاعلات الضوء ATP وNADPH، وهما مصدران غنيان بالطاقة يحركان التفاعلات المظلمة.

تشكل دورة كالفين ثلاث خطوات تفاعل كيميائي:

  • تثبيت الكربون، والاختزال، والتجديد، وتستخدم هذه التفاعلات الماء والمواد الحفازة.
  • تكون ذرات كربون ثاني أكسيد الكربون "ثابتة" عندما تنقسم إلى جزيئات عضوية تشكل في النهاية سكريات ثلاثية الكربون، ثم يتم استخدام هذه السكريات لصنع الجلوكوز أو إعادة تدويرها لبدء دورة كالفين مرة أخرى.
عملية التمثيل الضوئي هي عملية أساسية لنمو النباتات واستمراريتها في الحياة، ولكن هي أيضًا هامة لتكوين الأكسجين الذي يستنشقه الإنسان وهو سبب الحياة على الأرض، في هذا المقال قدمنا لكم معلومات حول مراحل عملية البناء الضوئي، وكيف تتم.

للإستفادة من هذا المقال انسخ الرابط