التركيب الضوئي: ما هو وكيف يحدث

التمثيل الضوئي هو عملية تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية تقوم بها النباتات والطحالب والبكتيريا الزرقاء

البناء الضوئي

الصورة التي تم تحريرها وتغيير حجمها بواسطة Samuel Austin متاحة على Unsplash

تعني كلمة التمثيل الضوئي التوليف بالضوء وتشير إلى واحدة من أهم العمليات البيولوجية على الأرض. من خلال إطلاق الأكسجين واستهلاك ثاني أكسيد الكربون ، حولت عملية التمثيل الضوئي العالم إلى بيئة صالحة للسكن نعرفها اليوم. علاوة على ذلك ، فإن العملية هي المصدر الأساسي للطاقة لجميع الكائنات الحية.

كان الفيزيائي الهولندي يان إنغينهاوس أول من اكتشف أن النباتات تنتج الأكسجين في وجود ضوء الشمس ، في عام 1779 ، حيث اعتبر مكتشف التمثيل الضوئي. في عام 1782 ، أضاف جان سنيبير أنه بالإضافة إلى ضوء الشمس ، فإن عملية التمثيل الضوئي تستخدم ثاني أكسيد الكربون. في عام 1818 ، صاغ كل من ماريا بيليتييه وجوزيف كافينتو مصطلح "الكلوروفيل" للإشارة إلى الصبغة الخضراء المزودة بإنزيمات مستقبلة للضوء تمكن من التمثيل الضوئي.

ما هو التمثيل الضوئي

يمكن تعريف التمثيل الضوئي على أنه عملية تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية. يتم تنفيذه بواسطة النباتات والطحالب والبكتيريا الزرقاء ، والتي تصنف على أنها كائنات ذاتية التغذية وكائنات ضوئية لأنها قادرة على إنتاج طعامها من الضوء.

أهمية التمثيل الضوئي

الأكسجين الذي تنتجه كائنات التمثيل الضوئي ضروري للحفاظ على الحياة على الكوكب كما نعرفها. علاوة على ذلك ، شكلت المنتجات الناتجة عن التمثيل الضوئي التاريخ المادي للبشرية ، حيث أدت إلى ظهور موارد مثل النفط والغاز الطبيعي والسليلوز والفحم والحطب. توجد هذه الموارد نتيجة تحول ضوء الشمس إلى احتياطيات طاقة (التمثيل الضوئي) ، متبوعة بعمليات جيولوجية وتكنولوجية أخرى.

معادلة التمثيل الضوئي

التمثيل الضوئي عملية طويلة ومعقدة يمكن تلخيصها على نطاق واسع بالمعادلة التالية:

  • 6CO2 + 12H2O + ضوء → C6 H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

حيث يحدث التمثيل الضوئي

في النباتات والطحالب ، يحدث التمثيل الضوئي داخل البلاستيدات الخضراء. في البكتيريا الزرقاء ، يتم إجراؤها مع صفائح غشائية موجودة في الجزء السائل من السيتوبلازم.

البلاستيدات الخضراء هي عضية لها غشاء خارجي وغشاء داخلي. يحتوي الجزء الداخلي على صفائح غشائية متصلة بجيوب صغيرة تسمى ثايلاكويدات. تمتلئ المساحة الداخلية بالسدى ، وهو سائل لزج يحتوي على الحمض النووي والريبوزومات والإنزيمات التي تساعد في عملية التمثيل الضوئي. يوجد الكلوروفيل داخل هذه الثايلاكويدات والصفائح.

خطوات البناء الضوئي

يمكن تقسيم التمثيل الضوئي إلى مرحلتين: المرحلة الكيميائية الضوئية والمرحلة الكيميائية.

تحدث المرحلة الكيميائية الضوئية فقط في وجود الضوء وتحدث في الثايلاكويدات والصفائح الغشائية. وتتمثل مهمتها الرئيسية في تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية. وهي تتألف من عمليتين رئيسيتين: التحلل الضوئي للماء والفسفرة الضوئية.

لا تعتمد المرحلة الكيميائية على الضوء ويتم إجراؤها في جزء آخر من البلاستيدات الخضراء ، السدى. في ذلك ، تنضم منتجات المرحلة السابقة ، الكيمياء الضوئية ، إلى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي لإنتاج الجلوكوز والماء والنشا ، في ما يسمى بدورة كالفين بنسون.

المرحلة الضوئية

التحلل الضوئي للماء

التحلل الضوئي للماء هو المرحلة الأولى من عملية التمثيل الضوئي وهي اللحظة التي تعزز فيها الطاقة الضوئية المتلقاة تكسير جزيئات الماء وتوليد الأكسجين والإلكترونات وغاز + H. يتم إطلاق الأكسجين الغازي في الغلاف الجوي ، بينما تنجذب جزيئات الهيدروجين الحرة (H +) بواسطة مركب يسمى NADP + ، مما يؤدي إلى ظهور NADPH ، والذي سيتم استخدامه في المرحلة الكيميائية لبناء جزيئات الجلوكوز.

يتم تمثيل هذه الخطوة بالصيغ:
  • H2O ⇾ 2H + + 2 إلكترون + O2
  • NADP + + H + ⇾ NADPH

الفسفرة الضوئية

يحدث تكوين ATP في الفسفرة الضوئية ، من إضافة الفوسفات غير العضوي (Pi) إلى جزيء ADP (ثنائي فوسفات الأدينوزين) ، باستخدام الطاقة الضوئية. تشكل جزيئات ATP الشكل الرئيسي للطاقة الكيميائية التي تصنعها الكائنات الحية. تحدث هذه الخطوة من الفسفرة الضوئية بالتوازي مع التحلل الضوئي للماء ويولد كل واحد منهم المنتجات التي سيتم استخدامها في المرحلة التالية من التمثيل الضوئي.

يتم تمثيل هذه الخطوة بالصيغة: ADP + Pi ⇾ ATP

المرحلة الكيميائية

المرحلة الأخيرة من التمثيل الضوئي هي في المرحلة الكيميائية التي يتم فيها استخدام ثاني أكسيد الكربون من البيئة أو من التنفس الخلوي للنبات ، ويتم استخدام مركبين تم إنشاؤهما في المرحلة السابقة: ATP و NADPH. في هذه المرحلة تحدث ما يسمى بدورة كالفين بنسون ، وهي سلسلة من التفاعلات التي تولد الجلوكوز والماء والنشا.

استنتاج

البناء الضوئي هو نتيجة الانضمام إلى المرحلتين الموصوفتين أعلاه ، المرحلة الكيميائية الضوئية والمرحلة الكيميائية. تعتمد جميع أشكال الحياة على الأرض بطريقة ما على المنتجات الناتجة عن عملية التمثيل الضوئي: الأكسجين والجلوكوز. علاوة على ذلك ، فإن التمثيل الضوئي أساسي لتوازن تكوين الغلاف الجوي.