مراحل التركيب الضوئي

مراحل عملية التركيب الضوئي بالترتيب

تُعرف عملية التركيب الضوئي باسم آخر شائع يُدعى التمثيل الضوئي(بالإنجليزية:Photosynthesis)، إذ أنها أحد أهم العمليات التي تحدث لضمان استمرارية حياة النبات بتصنيع جزيئات الطاقة ATP اللازمة لغذائها، كما أنّها تحدث في النباتات الخضراء وتحديدًا في البلاستيدات الخضراء الموجودة في الأوراق.^[١]

من الجدير بالذكر أنّ عملية التركيب الضوئي تحدث على عدة مراحل متتالية، يُمكن دراستها وتوضيحها تفصيلًا على النحو الآتي:

امتصاص الضوء (بالإنجليزية: Absorption of Light)

تبدأ النباتات بامتصاص الضوء من أشعة الشمس بواسطة مركبات الكلوروفيل(بالإنجليزية:Chlorophylls) المُرتبطة بالبروتينات الموجود في أغشية الثايلاكويد في النباتات، وذلك لتتخلص من الإلكترونات، وتُكوّن غاز الأكسجين O2.^[١]

من الجدير بالذكر معرفة أنّ الكلوروفيل يتكون من حلقة بورفيرين متصلة بسلسلة هيدروكربونية طويلة جانبية تُساعده على ذلك، ويُمكن التعبير عن المعادلة الكيميائية المُمثلة له على النحو الآتي:^[١]

^-2H2O→ O2 + 4H⁺ + 4e

نقل الإلكترونات (بالإنجليزية: Electron Transport)

تبدأ في هذه المرحلة إنتقال الإلكترونات من مستقبل الإلكترون الأولي إلى مستقبل الإلكترون النهائي بوجود الضوء، كما وأنّها تتم عبر سلسلة من جزيئات نقل الإلكترون المتواجدة في غشاء الثايلاكويد.^[١]

يتم من خلاله نقل +NADP إلى NADPH، أي أنّ نقل الإلكترونات مقترن بحركة البروتينات لتجويف الثايلاكويد فيتدرج الأُس الهيدروجيني، ويُمكن التعبير عن المعادلة الكيميائية المُمثلة له كالتالي:^[١]

                                     2H2O + 2NADP+→  2H+ + 2NADPH + O2  

إنتاج جزيئات الطاقة (بالإنجليزية: Synthesis of ATP)

تبدأ في هذه المرحلة إنتاج جُزيئات الطاقة ATP، إذ تتحرك البروتونات من داخل غشاء الثايلاكويد لخارجه، فتتكون من هذه الحركة الطاقة من تفاعل جُزئيات ADP و Pi ،لتُصبح ATP، كما وأنها تحتاج للضوء لتتم، والمعادلة الكيميائية الآتية تُعبر عنه:

ADP + Pi → ATP

تثبيت الكربون (بالإنجليزية: Carbon Fixation)

تقوم هذه المرحلة بتثبيت الكربون دون الاعتماد بشكل مباشر على الطاقة الضوئية، إذ من الممكن أن تحدث في الظلام، إلا أنّها تعتمد على جزيئات الطاقة ATP وجُزيء ⁺NADPH الناتجين من مراحل سابقة كامل اعتمادهما على الضوء، إذ من الممكن أن تحدث في الظلام.^[١]

تتم عملية التثبيت بالتفاعل بين 6 كربونات من ثاني أكسيد الكربون مع الماء بوجود جزيئات ⁺NADPH وجزيئات الطاقة، ويُمكن التعبير عن المعادلة الكيميائية المُمثلة له كالآتي:^[١]

⁺6CO₂+ + 12 NADPH⁺ + 18 ATP^-4 + 12 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 18 ADP^-3 + 18 Pi^-2 + 12 NADP⁺ + 6H

شروط حدوث عملية التركيب الضوئي

تحدث عملية التركيب الضوئي بتوافر العديد من الشروط لتتم بالطريقة السليمة والتي تعمل بدورهاعلى إنتاج الطاقة والنمو المستمر في النباتات، ومن أهم الشروط الواجب توفرها ما يأتي:^[٢]

• ضوء الشمس (بالإنجليزية: Sunlight)

تستخدم النباتات الضوء لإنتاج سكر الجلوكوز المُهم لحياتها، والذي يتم من خلال تكسير جُزيئات ثاني أُكسيد الكربون والماء وإعادة ترتيبها، ويُعتبر مهمًا للغاية تحديدًا في المراحل الثلاث الأولى (امتصاص الضوء، ونقل الإلكترون، وإنتاج الطاقة) . 

• الماء (بالإنجليزية: Water)

تستخدم النباتات الماء في صنع غذائها، والجزء المسؤول عن امتصاص المياه في النبات هو الجذر، وتختلف كميات وصولها للنبات اعتمادًا على البيئة الموجود فيها، فعلى سبيل المثال النبات في البيئة الصحراوية يحتاج لكميات مياه اقل من البنات في البيئة النهرية.

• غاز ثاني أُسيد الكربون (بالإنجليزية: Carbon dioxide gas)

تعمل النباتات على امتصاص غاز ثاني أُكسيد الكربون من الغلاف الجوي المُحيط من خلال ثقوب صغيرة في أوراقها، وأغصانها، وزهورها، وسيقانها، وجذورها، وتستخدمه في عملية البناء الضوئي لتثبيت الكربون في المرحلة الأخيرة.

أهمية عملية التركيب الضوئي 

تكمن أهمية عميلة التركيب الضوئي في امتصاص الضوء من أشعة الشمس، وامتصاص غاز ثاني أُكسيد الكربون والماء من الغلاف الجوي، فينعكس هذا إيجابًا على البيئة المُحيطة وعلى النباتات نفسها، إذ يُمكن توضيحها تفصيلًا بالنُقاط الآتية:^[٣]

• تعتبر عملية التركيب الضوئي هي المصدر الأساسي لعنصر الأكسجين في الغلاف الجوي، لأنها تُنتجه من إتمام العملية وإنتاج الطاقة.
• تُساهم عملية التركيب الضوئي في إتمام دورة عنصر الكربون بين كوكب الأرض والمُحيطات والحيوانات والنباتات لما لها دور في تثبيته في أحد مراحلها.
• تُساهم عملية التركيب الضوئي في إتمام العمليات التكافلية بين النباتات والبشر والحيوانات، إذ يقوم كل من البشر والحيوانات على امتصاص الأكسجين من الهواء الناتج من النباتات، وتعمل النباتات على امتصاص غاز ثاني أُكسيد الكربون من الهواء لتستخدمه في عملية البناء الضوئي فتقلل التلوث في البيئة المُحيطة.
• تُؤثر عملية التمثيل الضوئي على حياة كوكب الأرض بشكل عام، لما لها من دور في امتصاص غاز ثاني أُكسيد الكربون وإطلاق غاز الأكسجين.
• تُعتبر عملية التركيب الضوئي هي المصدر الأول والأساسي لإنتاج الطاقة في النباتات والأشجار، واللازمة لنموها وغذائها.

المراجع

1. ^ ^{أ ب ت ث ج ح خ} "Photosynthetic Stages and Light-Absorbing Pigments", NCBI, Retrieved 1/11/2021. Edited.
2. ↑ "What is Photosynthesis", Smithsonian, Retrieved 1/11/2021. Edited.
3. ↑ Laurie Brenner (22/11/2019), "Why Is Photosynthesis Important for All Organisms?", SCIENCING, Retrieved 1/11/2021. Edited.