معادلة البناء الضوئي ومعلومات عن آلية عملية البناء الضوئي وأهميتها
المقالة تعرض معادلة البناء الضوئي، وهي عملية يستخدم فيها النباتات وبعض الكائنات الحية الأخرى ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون والماء لإنتاج السكر والأكسجين .
المقالة تبين كيف تحدث عملية البناء الضوئي في خلايا النباتات، وخاصة في البلاستيدات الخضراء التي تحتوي على صبغة الكلوروفيل، وكيف تتم تحويل طاقة الضوء إلى طاقة كيميائية على شكل ATP وNADPH .
المقالة تذكر أن عملية البناء الضوئي تتألف من مرحلتين: تفاعلات الضوء التي تحدث في أغشية التيلاكويد، وتفاعلات الظلام أو دورة كالفين التي تحدث في ستروما، وكيف تستخدم هذه التفاعلات ثاني أكسيد الكربون لإنتاج الجلوكوز .
معادلة البناء الضوئي.. يتمتع الكثير من الناس بمظهر النباتات الخضراء الجميل، ويحب معظمهم الاعتناء بها، تزدان فيها الحدائق والشرفات، لكن وعلى مستوى أوراق هذه النباتات، تتم واحدةٌ من أهم العمليات التي تضمن استمرار الحياة على سطح كوكبنا. تستخدم النباتات ضوء الشمس والماء والغازات الموجودة في الهواء لإنتاج الجلوكوز، من خلال ما يُعرف بعملية البناء الضوئي.. سنتعرف في هذا المقال على مراحل عملية البناء الضوئي، أهميتها والكائنات القادرة على القيام بها، وكيف نكتب معادلة البناء الضوئي ؟.
ما هو البناء الضوئي
تُشتق كلمة البناء الضوئي (Photosynthesis) أو التمثيل الضوئي، من اليونانية من كلمتي (Phōs) التي تقابل (Photo) وتعني الضوء، (σύνθεσις) وتقابل (Synthesis)، والتي تعني الجمع أو الضم، أي “الجمع معًا بمساعدة الضوء”.
وهي العملية التي تستخدم فيها النباتات الخضراء والطحالب وبعض مجموعات البكتيريا، طاقة ضوء الشمس (الطاقة الضوئية)، لتحويل غاز ثنائي أكسيد الكربون والماء إلى سكر الجلوكوز.
.
معادلة البناء الضوئي
يمكن تمثيل معادلة البناء الضوئي بالشكل التالي:
6CO2 + 12H2O ——> C6H12O6 + 6O2 + 6H2Oيتم استهلاك ستة جزيئاتٍ من غاز ثنائي أكسيد الكربون (CO2) واثني عشر جزيئًا من الماء (H2O) ، بينما يتم إنتاج جزيء واحد من سكر الجلوكوز (C6H12O6) وستة جزيئات من الأكسجين (O2) وستة جزيئات من الماء (H2O).
تبيّن المعادلة أعلاه أن الماء مادةٌ متفاعلةٌ وناتجةٌ عن التفاعل في آنٍ واحدٍ، و نظرًا لاستهلاك اثني عشر جزيئًا من الماء، وإنتاج ستة جزيئات من الماء، يمكن تبسيط معادلة البناء الضوئي كما يلي:
6CO2 + 6H2O ——> C6H12O6 + 6O2الكائنات القادرة على القيام بعملية التمثيل الضوئي
الكائنات ذاتية التغذية الضوئية (Photoautotrophs)، هي الكائنات القادرة على استخدام الضوء لتصنيع غذائها بعملية البناء الضوئي، وتضم:
- النباتات.
- الطحالب.
- مجموعات معينة من البكتيريا: البكتيريا الخضراء المزرقة (Cyanobacteria)، البكتريا الأرجوانية (Purple bacteria)، البكتريا الخضراء الكبريتية (Green Sulfur Bacteria).
في حين تعتمد الكائنات الحية الأخرى مثل الحيوانات، والفطريات، ومعظم مجموعات البكتيريا الأخرى، في غذائها على السكريات التي تنتجها الكائنات ذاتية التغذية الضوئية، لسد احتياجاتها من الطاقة، ويُطلق عليها الكائنات غير ذاتية التغذية (Heterotrophs).
آلية عملية البناء الضوئي
- خلال عملية البناء الضوئي، يدخل غاز ثنائي أكسيد الكربون من خلال مسامات الورقة، أما الماء فيُمتص بواسطة الشعيرات الجذرية من التربة لينتقل بعدها عبر الأوعية الخشبية وليصل أخيرًا إلى الأوراق.
- أما الدور الأهم فتلعبه أصبغة الكلوروفيل (الكلوروفيل أ (Chlorophyll a)، والكلوروفيل ب (Chlorophyll b))، والكاروتينات (Carotenoids) الموجودة في أغشية الثايلاكويدات (Thylakoids) في البلاستيدات الخضراء، والتي تقوم بامتصاص أشعة الضوء من الشمس عند طولٍ موجيٍّ معينٍ، وتعكس الضوء غير الممتص، حيث تنقسم جزيئات الماء إلى هيدروجين وأكسجين بفعل الطاقة الضوئية الممتصة.
- يُستخدم الهيدروجين الناتج من جزيئات الماء وغاز ثنائي أكسيد الكربون الممتص من الهواء، في إنتاج سكر الجلوكوز (مصدر الطاقة اللازم للنمو والتطور عند النباتات)، والذي يترافق بانطلاق غاز الأكسجين في الجو.
مراحل عملية التمثيل الضوئي
يمكن تقسيم عملية التمثيل الضوئي إلى مرحلتين رئيسيتين: التفاعلات المعتمدة على الضوء والتفاعلات اللاضوئية (دورة كالفن):
التفاعلات المعتمدة على الضوء (Light-Dependent Reactions)
- تبدأ عملية البناء الضوئي بالتفاعلات المعتمدة على الضوء، والتي تتم فقط خلال النهار في وجود ضوء الشمس، يحدث هذا التفاعل على مستوى النباتات في أغشية الثايلاكويد ضمن البلاستيدات الخضراء.
- تترتب أغشية الثايلاكويد فوق بعضها البعض على هيئة أقراصٍ تسمى الجرانا (Grana)، والتي تعمل على تجميع الضوء ويُطلق عليها اسم أنظمة ضوئية، ويوجد لها نوعان (PSI) و(PSII).
- تحتوي هذه الأنظمة الضوئية على أصبغة الكلوروفيل وجزيئات البروتين، تلعب الدور الأساسي في إتمام التفاعلات المعتمدة على الضوء، حيث يتم فيها تحويل الطاقة الضوئية إلى ATP (أدينوزين ثلاثي الفوسفات) و NADPH (نيكوتيناميد أدينين ثنائي نوكليوتيد الفوسفات)، والتي تستخدم في المرحلة الثانية من عملية التمثيل الضوئي، ويترافق ذلك مع استخدام الماء وإنتاج الأكسجين.
.
التفاعلات اللاضوئية (دورة كالفن أو تفاعل تثبيت الكربون)
يمكن أن تحدث بوجود وبغياب الضوء، تحدث هذه التفاعلات في منطقة الستروما (Stroma) للبلاستيدات الخضراء، حيث تُستخدم فيها نواتج التفاعلات المعتمدة على الضوء (NADPH وATP) لتحويل غاز ثنائي أكسيد الكربون إلى جلوكوز ومنتجاتٍ أخرى.
.
أهمية عملية البناء الضوئي
- البناء الضوئي مسؤولٌ عن إنتاج الأكسجين، والذي تموت معظم الكائنات الحية بغيابه.
- التمثيل الضوئي ضروريٌّ لوجود كل أشكال الحياة على سطح الأرض، ويلعب دورًا مهمًّا في السلسلة الغذائية. تتطلب العمليات الحيوية لجميع الكائنات الحية (ابتداءً من البكتيريا ووصولًا إلى البشر) توفُّر الطاقة، تخزن العديد من الكائنات الحية الطاقة اللازمة لها عن طريق تناول الطعام، إذ تأكل الحيوانات آكلة اللحوم الحيوانات الأخرى، وتأكل العواشب النباتات. في نهاية المطاف، يمكن إرجاع كل هذه الطاقة إلى الطاقة الضوئية من الشمس، والتي تحولت بفعل عملية البناء الضوئي إلى طاقةٍ كيميائيةٍ مختزنة في جزيئات الغلوكوز.
الأسئلة الشائعة عن معادلة البناء الضوئي ومعلومات عن آلية عملية البناء الضوئي وأهميتها:
ينتج عن عملية البناء الضوئي الأكسجين، حيث يُنتج النبات مقابل كل جزيء يدخله من ثاني أكسيد الكربون جزيء من الأكسجين. وتُنتج عملية البناء الضوئي أيضًا مركبات سكّرية ينتج عنها الكثير من الطاقة.
6CO2 = ستة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون.
كتابة المعادلة الكلامية للتنفُّس الهوائي على الصورة: جلوكوز + أكسجين ⟵ ثاني أكسيد الكربون + ماء كتابة المعادلة الكيميائية (الرمزية) للتنفُّس الهوائي على الصورة: C H O + O C O + H O 6 1 2 6 2 2 2.
توصف عملية التنفُّس الخلوي باعتبارها عملية كيميائية تمد الخلايا الحية بالأدينوسين الثلاثي (مخزن الطاقة) باستمرار
التركيب الضوئي هو العملية التي يتم فيها إنتاج الغذاء في النباتات والطحالب والكائنات الحية أحادية الخلية ذاتية التغذية. الأكسجين هو إحدى المواد الناتجة من العملية الضرورية لبقاء الحياة على الكرة الأرضية.
تتكون هذه العملية من الماء والهواء والضوء. لا تستخدم النباتات جميع مكونات الهواء، ولكنها تستخدم فقط ثاني أكسيد الكربون (CO2) لتصنيع طعامها. تنتج النباتات الأكسجين خلال هذه العملية.