لتركيب الضوئي أو التمثيل الضوئي أو البناء الضوئي (بالإنكليزية: Photosynthesis) هي عملية تقوم بها النباتات ذاتية التغذية وبعض أنواع البكتيريا، وفي هذه العملية، يتم استخدام الطاقة التي توجد في ضوء الشمس لإنتاج سكر العنب “الجلوكوز”، يحدث ذلك بوجود غاز ثاني أكسيد الكربون “CO2” والماء “H2O”. ويمكن فيما بعد تحويل هذا السكر الناتج عن عملية التركيب الضوئي إلى طاقة يستهلكها النبات عن طريق عملية تعرف بـ “التنفس الخلوي”. والتي ينتج عنها إطلاق غاز الأكسجين “O2” في الجو.
يرتبط تحويل طاقة ضوء الشمس القابلة للاستخدام إلى طاقة كيميائية “سكر العنب” بعمل الصباغ الأخضر المعروف باسم الكلوروفيل أو اليخضور.
[IMG]null[/IMG]
التركيب الضوئي
ما هو الكلوروفيل؟
الكلوروفيل هو جزيء معقد. فهناك أنواع عديدة من الكلوروفيل التي تختلف بين النباتات والكائنات الحية الأخرى. جميع الكائنات الضوئية لديها كلوروفيل، وهو صباغ يمتص طاقته من الطول الموجي البنفسجي والأزرق المحمر، ولا يمتص الأطوال الموجية المتوسطة (الأخضر والأصفر والبرتقالي) في الطيف الضوئي.
الأعضاء التي تقوم بعملية التركيب الضوئي
النباتات هي الكائنات الحية الوحيدة التي لديها أوراق (وليس كل النباتات لها أوراق). يمكن اعتبار الورقة كجهاز لامتصاص الطاقة الشمسية وهي تحتوي على خلايا تقوم بعملية التمثيل الضوئي.
يدخل الماء إلى النبات عن طريق الجذر، وينقل إلى الأوراق من أقنية نباتية متخصصة تعرف باسم الأوعية الخشبية.
النباتات البرية تحمي نفسها من الجفاف، لهذا فإنها طورت بنى وهياكل متخصصة تعرف باسم “المسامات” التي تسمح للغاز بالدخول والخروج عبر سطح الورقة. لا يمكن لغاز ثاني أكسيد الكربون المرور عبر الطبقة الواقية التي تغطي الورقة (البشرة)، ولكنه يمكن أن يدخل إلى الورقة عن طريق المسامات التي تكون محاطة بخليتين حارستين. وبالمثل، فإن الأكسجين الناتج عن عملية التركيب الضوئي لا يمكن أن ينتقل من الورقة إلا عبر المسامات المفتوحة.
في الوقت الذي تدخل فيه الغازات وتخرج من الورقة، يفقد النبات أيضًا قدرًا كبيرًا من الماء. على سبيل المثال، تفقد نباتات القطن حولي 100 جالون (حوالي 450 متر مكعب) من المياه خلال الأيام الحارة.
الصانعات الخضراء
الصانعات الخضراء هي الوحدة الهيكلية للتمثيل الضوئي في الخلية. كل من الكائنات الحية بدائية النوى الضوئية وحقيقية النوى الضوئية لديها هذه الحويصلات المسطحة التي تحتوي على مواد كيميائية ضوئية. لكن الصانعات الخضراء عن الكائنات الحية حقيقية النوى تكون محاطة بغشاء يفصلها عن سيتوبلازما الخلية.
ما هو دور الشمس في عملية التركيب الضوئي؟
التمثيل الضوئي هي الطريقة التي تحول بها النباتات الضوء إلى غذاء، والشمس لها دور حيوي في هذه العملية. فبدون أشعة الشمس، لن تكون النباتات قادرة على العيش ولن يكون هناك أكسجين لنا كي نتنفس.
بدون الشمس، لا يمكن أن يحدث التمثيل الضوئي. توفر الشمس الطاقة الأولية التي تبدأ فيها دورة التمثيل الضوئي، والتي تحول هذه الطاقة الشمسية إلى غذاء للنباتات.
ما هي نواتج عملية التركيب الضوئي؟
الطاقة
تتمثل الوظيفة الأساسية لعملية التمثيل الضوئي في تحويل الطاقة الموجودة في أشعة الشمس إلى طاقة كيميائية للغذاء. وباستثناء بعض الأحياء فقط، تعتمد جميع النباتات والحيوانات في النظام البيئي للأرض في نهاية المطاف على السكريات والكربوهيدرات التي تنتجها النباتات من خلال عملية التمثيل الضوئي.
غاز الأكسجين
نتيجة ثانوية لعملية التمثيل الضوئي هي إطلاق الأكسجين في الجو. لذلك تشكل النباتات فلتر للهواء على كوكبنا، يأخذ التمثيل الضوئي ثاني أكسيد الكربون الضار، وهو نتيجة ثانوية لعملية التنفس الحيواني، وينتج أكسجينًا يمكن استخدامه في تنفس الحيوانات.
العوامل المؤثرة في معدل التركيب الضوئي
العوامل الرئيسية المؤثرة في معدل التركيب الضوئي هي:
شدة الضوء.
تركيز غاز ثاني أكسيد الكربون.
درجة الحرارة.
تعرف هذه العوامل باسم “العوامل المحددة”.
مع زيادة شدة الضوء، يزداد معدل التفاعل المعتمد على الضوء، وبالتالي يزداد معدل التمثيل الضوئي بشكلٍ عام ومتناسب مع زيادة شدة الضوء.
تؤدي زيادة تركيز غاز ثاني أكسيد الكربون إلى زيادة معدل دمج الكربون في الكربوهيدرات ضمن التفاعل المستقل للضوء، وبالتالي فإن معدل التمثيل الضوئي يزداد عمومًا بزيادة تركيز غاز ثاني أكسيد الكربون.
يعتمد التمثيل الضوئي أيضًا على درجة الحرارة. فهو تفاعل كيميائي تحفزه الإنزيمات. وعندما تكون الإنزيمات قريبة من درجات الحرارة المثلى، يزداد المعدل الإجمالي لعملية التركيب الضوئي. وعند ارتاع درجة الحرارة فوق الدرجة المثلى، يبدأ المعدل في الانخفاض حتى يتوقف.
لماذا تعتبر عملية التركيب الضوئي مهمة للإنسان والكائنات الحية الأخرى؟
توجد النباتات في كل مكان حولنا، هذا يفيدنا بشكل مباشر وغير مباشر. يحدث التمثيل الضوئي في أي نظام بيئي توجد فيه النباتات. ويشكل تكوين الأنواع النباتية الأساس لجميع أشكال الحياة الحيوانية. التمثيل الضوئي هو العملية التي تنمو بها النباتات وتزدهر، وتنقل طاقتها إلى الحيوانات والبشر.
التمثيل الضوئي هو عملية أساسية تنفذ في جميع النباتات التي تحتوي على صباغ الكلوروفيل والطحالب والبكتيريا الزرقاء، حيث يستخدم النبات أشعة الشمس والماء وغاز ثاني أكسيد الكربون لإنتاج الغذاء.
توفر هذه العملية وسيلة لتبادل الغاز مع الغلاف الجوي، تأخذ النباتات ثاني أكسيد الكربون لعملية التمثيل الضوئي وتطلق الأكسجين كأحد المنتجات في الهواء.
يتكون التمثيل الضوئي من تفاعلين: تفاعل يحدث في الضوء الذي ينتج الطاقة وتفاعل يحدث في الظلام الذي يحول ثاني أكسيد الكربون إلى سكر.
بفضل غاز الأكسجين الذي تطلقه النباتات أثناء عملية التمثيل الضوئي، فإن الحياة على الأرض تصبح ممكنة للبشر وجميع الكائنات الأخرى على هذا الكوكب.
الخلاصة
التمثيل الضوئي هي عملية تقوم بها الكائنات الحية ذاتية التغذية لإنتاج سكر الجلوكوز من الماء وغاز ثاني أكسيد الكربون، وذلك باستخدام ضوء الشمس الذي تمتصه صبغة حساسة تدعى الكلوروفيل أو اليخضور.
يحدث التمثيل الضوئي داخل الصانعات الخضراء (البلاستيدات الخضراء) حيث يوجد نوعان من صباغ الكلوروفيل: الكلوروفيل A والكلوروفيل B، كل نوع حساس لطول موجة مختلف عن الأخر. يستطيع كلا النوعين من الكلوروفيل امتصاص الضوء الأزرق والأحمر، بينما لا يستطيعان امتصاص الضوء الأخضر والأصفر، هذا هو السبب في أن الخلايا التي تحتوي على الصانعات الخضراء تكون بلون أخضر.
يمكن تقسيم الآلية التي تتم وفقها عملية التمثيل الضوئي إلى مرحلتين (المرحلة الضوئية والمرحلة المظلمة)، كل من المرحلتين يتكون من سلسلة معقدة من التفاعلات التي تحفزها الإنزيمات. ترتبط هذه المراحل ببعضها البعض وتحدث في نقطتين مختلفتين من الصانعات الخضراء.
في المرحلة الضوئية، يتم استخدام الضوء الذي يمتصه صباغ الكلوروفيل كمصدر للطاقة من أجل تفكيك جزيئات الماء وإنشاء الأدينوزين ثلاثي الفوسفات ATP. وبعد تفكك الماء، يتم إطلاق غاز الأكسجين.
في المرحلة المظلمة، تستخدم الإنزيمات الموجودة في الصانعات الخضراء الطاقة الكيميائية لتحويل غاز ثاني أكسيد الكربون إلى سكر الجلوكوز.
يمكن هدم سكر الجلوكوز أثناء عملية التنفس الخلوي، أو يمكن تحويله إلى دهون أو مكونات أخرى تستفيد منها الخلايا، ويمكن تخزينه في شكل نشاء أو تحويله إلى سيللوز.
