تعرف عملية البناء الضوئي باسم التمثيل الضوئي، وهي العملية التي تقوم من خلالها النباتات الخضراء وبعض الكائنات الحية الأخرى بتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية،[١] وتستخدم النباتات ضوء الشمس والماء والغازات الموجودة في الهواء لا سيما ثاني أكسيد الكربون لإنتاج الجلوكوز الذي يُعد شكلًا من أشكال السكر الذي تحتاجه النباتات للبقاء على قيد الحياة، ويتم إجراؤها بواسطة جميع النباتات والطحالب، بالإضافة إلى العديد من الكائنات الحية الدقيقة.[٢]


أين تحدث عملية البناء الضوئي

تحدث عملية التمثيل الضوئي في النباتات في البلاستيدات الخضراء التي تحتوي على الكلوروفيل؛ وتكون البلاستيدات الخضراء محاطة بغشاء مزدوج وتحتوي على غشاء داخلي ثالث يسمى غشاء الثايلاكويد الذي يشكل ثنيات طويلة داخل العضية.[٣] وفيما يلي شرح كيفية حدوث عملية البناء الضوئي بالترتيب:[٤]

  • يأخذ النبات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي من خلال الثغور الموجودة على أوراقه؛ وعلى السيقان.
  • يدخل الماء إلى النبات بشكل رئيسي من خلال الجذور ويجد طريقه إلى الأوراق، حيث يحدث التمثيل الضوئي، تم تصميم جذور النبات خصيصًا لسحب المياه من الأرض ونقلها إلى أوراق النبات من خلال الساق.
  • تقوم مادة الكلوروفيل؛ مادة التلوين الخضراء للورقة، بحبس الطاقة من أشعة الشمس لأنها تضيء على الورقة، وتجدر الإشارة إلى أن الكلوروفيل هو الذي يعطي الورقة لونها الأخضر.
  • تُستخدم الطاقة الشمسية لتكسير جزيئات الماء إلى هيدروجين وأكسجين، ثم يتم دمج الهيدروجين مع ثاني أكسيد الكربون لصنع السكر الذي يُعد غذاءً للنبات، ويتم إطلاق الأكسجين كمنتج ثانوي من خلال الثغور.
  • تحدث التفاعلات الكيميائية بمساعدة البروتونات من جزيئات الماء والإلكترونات من جزيئات الكلوروفيل لإنتاج أدينوسين ثلاثي الفوسفات، الذي يوفر الطاقة للتفاعلات الخلوية.


أين تحدث عملية البناء الضوئي؟ اكتشف ذلك


العوامل المؤثرة على عملية البناء الضوئي

توجد ثلاثة عوامل تؤثر على معدل البناء الضوئي: شدة الضوء، وتركيز ثاني أكسيد الكربون، ودرجة الحرارة؛[٥] وفيما يأتي توضيح لكل منهم:[٥][٦]

شدة الضوء

لا يمكن للنبات أن يقوم بعملية التمثيل الضوئي بسرعة كبيرة من غير وجود كمية كافية من الضوء، حتى وإن كان يوجد الكثير من الماء وثاني أكسيد الكربون، كما أنه مع زيادة شدة الضوء، يزداد معدل التفاعل المعتمد على الضوء، وبالتالي التمثيل الضوئي عمومًا، وكلما زادت كمية الضوء التي تسقط على الورقة، زاد عدد جزيئات الكلوروفيل.


تركيز ثاني أكسيد الكربون

يستخدم ثاني أكسيد الكربون مباشرة في عملية التمثيل الضوئي، وإن تركيز أو صلابة ثاني أكسيد الكربون تؤثر على عملية التمثيل الضوئي، وفي بعض الحالات، يتلقى الضوء التلقائي أكثر من الكمية الكافية من ثاني أكسيد الكربون وينتج عنه خلل في عملية التمثيل الضوئي.[٧]


درجة الحرارة ومعدل التمثيل الضوئي

على الرغم من أن التفاعلات المعتمدة على الضوء لعملية التمثيل الضوئي لا تتأثر بالتغيرات في درجة الحرارة، فإن التفاعلات المستقلة للضوء لعملية التمثيل الضوئي تعتمد على درجة الحرارة، فهي تعمل على تحفيز الإنزيمات، ومع اقتراب الإنزيمات من درجات الحرارة المثلى، يزداد المعدل الإجمالي، وعند وصول الحرارة إلى أعلى من الدرجة المثالية يبدأ المعدل في الانخفاض، إذ يتم تغيير طبيعة الإنزيمات، حتى يتوقف التمثيل الغذائي.


معادلة البناء الضوئي

معادلة البناء الضوئي هي: .6CO2 + 6H2O + Light energy → C6H12O6 (sugar) + 6O2

وفيما يأتي مجموعة من النقاط التي توضح أهم المعلومات حول معادلة البناء الضوئي:[٨][٩]

  • تمثل الرموز الكيكيائية الموجودة في المعادلة: ثاني أكسيد الكربون+ ماء+ طاقة ضوئية= كلوكوز+ أكسجين.
  • توضح المعادلة أن عناصر عملية التمثيل الضوئي هي ثاني أكسيد الكربون والماء والطاقة الضوئية؛ إذ تمتص النباتات والطحالب وبكتيريا التمثيل الضوئي ضوء الشمس وجزيئات ثاني أكسيد الكربون من الهواء، وجزيئات الماء من بيئتها، بعد ذلك تجمع هذه المواد المتفاعلة لإنتاج الغذاء أو ما يُسمى بالجلوكوز.
  • من الناحية الكيميائية، تُعد مدخلات التمثيل الضوئي هي ست ذرات كربون، و12 ذرة هيدروجين، و18 ذرة أكسجين.


أهمية البناء الضوئي

فيما يأتي بعض النقاط التي توضح أهمية البناء الضوئي:[٩][٣]

  • تتمثل الوظيفة الأساسية لعملية التمثيل الضوئي في تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية، بعد ذلك تخزَّن تلك الطاقة الكيميائية لكي تُستخدم في المستقبل.
  • يتم تشغيل الأنظمة الحية للكوكب من خلال هذه العملية، إذ إنها ليست فعالة بشكل خاص وفقًا لمعايير الهندسة البشرية، لكنها تؤدي المهمة.
  • الوقود الأحفوري الذي يُستخدم اليوم هو البقايا القديمة للكائنات الحية، وهي تقدم مثالًا مثيرًا لهذه الدورة في العمل؛ لن تكون دورة الكربون ممكنة من غير عملية التمثيل الضوئي، لأن هذه العملية تمثل جزءًا أساسيًا من الدورة.
  • تُساهم عملية البناء الضوئي في إنتاج الأكسجين الضروري للكائنات الحية.


المراجع

  1. ↑ Hans Lambers, "Photosynthesis", britannica, Retrieved 22/5/2021. Edited.
  2. ↑ "What is Photosynthesis", Smithsonian Science Education Center, Retrieved 22/5/2021. Edited.
  3. ^ أ ب plants, photosynthesis takes place,long folds within the organelle. "Photosynthetic Cells", Nature Education, Retrieved 22/5/2021. Edited.
  4. ↑ "What is Photosynthesis?", earth eclipse, Retrieved 22/5/2021. Edited.
  5. ^ أ ب "Factors affecting photosynthesis", bbc, Retrieved 22/5/2021. Edited.
  6. ↑ "Rate of photosynthesis: limiting factors", Advancing the Chemical Science, Retrieved 22/5/2021. Edited.
  7. ↑ "Factors that Affect Rate of Photosynthesis", act for libraries, Retrieved 22/5/2021. Edited.
  8. ↑ "The Photosynthesis Reaction - Advanced", CK-12 Foundation, Retrieved 22/5/2021. Edited.
  9. ^ أ ب Bill Cook, "The important role of photosynthesis", Michigan State University, Retrieved 22/5/2021. Edited.