عملية التمثيل الضوئي

عملية التمثيل الضوئي

تعد عملية التمثيل الضوئي هي الوسيلة التي تلجأ لها النباتات والطحالب وعدد من البكتيريا لامتصاص الطاقة من إشعاعات الشمس وتحويلها إلى طاقة كيميائية، وتشتمل هذه العملية على امتصاص النبات لثاني أكسيد الكربون التي تقوم بقية الكائنات الحية بإنتاجه وإنتاج الأكسجين وإعادته إلى الهواء،^[١] وتحدث عملية التمثيل الضوئي في أوراق النباتات الخضراء، والجزء الغض من ساق النباتات، والأوراق الكاسية، وبعض الأجزاء الخضراء من النباتات، وتتولى جذور النبتة مهمة امتصاص الماء الموجود في التراب، كما تحصل النبتة على ثاني أكسيد الكربون من الهواء، والضوء من أشعة الشمس، ويقوم الكلوروفيل والأنزيمات الموجودة في البلاستيدات الخضراء بإنتاج غاز الأكسجين والجلوكوز.^[٢]

مراحل عملية التمثيل الضوئي

تنقسم عملية التمثيل الضوئي إلى مرحلتين، هما:^[٣]

• المرحلة الأولى: تشتمل على امتصاص جزيئات الكلورفيل للضوء لاكتساب الطاقة والنشاط، ويستخدم الكلورفيل النشط طاقة الضوء لهدفين؛ هما تكسير جزيئات الماء الموجودة في الكلوروفيل وتحويلها إلى غاز الأكسجين والهيدروجين، وإنتاج مركب ATP الذي يخزن الطاقة في الخلايا الموجودة في مختلف أنواع الكائنات الحية، وتطلق النباتات غاز الأكسجين الناتج خلال هذه المرحلة في الهواء، بينما تخزن الهيدروجين في البلاستيدات الخضراء لاستخدامه في العمليات الكيميائية المختلفة التي تجري في النبتة.
• المرحلة الثانية: تشتمل هذه المرحلة على ارتباط غاز ثاني أكسيد الكربون وATP الذي أنتج في المرحلة الأولى مع بعضهما البعض، ولا يشترط توفر الضوء لإتمام التفاعلات الكيميائية التي تحدث خلال هذه المرحلة، وتعرف هذه العملية باسم دورة كالفن، وينتج عنها الجلوكوز والسكريات الغير معقدة الأخرى، وتستهلك هذه السكريات لإنتاج الطاقة والنشويات المعقدة والزيوت النباتية والبروتينات.

مكونات الخلية الأساسية لعملية البناء الضوئي

تحتاج عملية البناء الضوئي إلى توفر المكونات الخلوية الأساسية التالية:^[٤]

• الأصباغ: تعرف الأصباغ بكونها الجزيئات التي تمنح النباتات والبكتيريا والطحالب لونها، وتمتص أيضًا أشعة الشمس، وتختلف طول الموجات الضوئية التي تمتصها النباتات باختلاف لون الصبغات الموجودة فيها، وتنقسم الصبغات إلى ثلاثة أنواع رئيسية، هي:
  • الكلوروفيل/اليخضور: تمتاز هذه الأصباغ بلونها الأخضر، وقدرتها على امتصاص اللونين الأزرق والأحمر، وينقسم الكلورفيل بدوره إلى ثلاثة أنواع فرعية؛ وهي الكلوروفيل من نوع A ونوع B ونوع C، ويوجد الكلوروفيل من نوع A في كافة مصانع البناء الضوئي، وتحتوي البكتيريا كالبكتيريا البنفسجية والخضراء على نوع خاص من الكلوروفيل يعرف باسم الكلوروفيل الجرثومي، والتي تتخصص بامتصاص الأشعة تحت الحمراء.
  • كاروتينات: تمتاز هذه الأصباغ بلونها الأحمر أو البرتقالي أو الأصفر، وتمتص الضوء الأخضر المزرق، مثل الزانثوفيل وهي صبغة باللون الأصفر، والكاروتين وهي صبغة باللون البرتقالي، إذ تمنحان الجزر لونه المميز.
  • الفيكوبيلين: تمتاز هذه الأصباغ بلونها الأحمر أو الأزرق، وتمتص الأطوال الموجية التي يعجز النوعين السابقين عن امتصاصها، ويمكن العثور عليها في الطحالب الحمراء والبكتيريا المزرقة.
• الصانعات الخلوية: تعرف أيضًا باسم البلاستيدات، وهي عبارة عن عضيات توجد في سيتوبلازم الخلايا حقيقية النواة القادرة على القيام بعمليات البناء الضوئي، وتنقسم إلى نوعين هما البلاستيدات الأولية التي تمتلك أغشية مزدوجة ويمكن العثور عليها في الطحالب والنباتات، والبلاستيدات الثانوية التي تمتلك أغشية متعددة ويمكن العثور عليها في العوالق، وتحتوي البلاستيدات عمومًا على الأصباغ، وتقوم بمهمة تخزين الغذاء، وتخزن البلاستيدات عديمة اللون الدهون والنشا، بينما تحتوي البلاستيدات الخضراء على الكلوروفيل والبلاستيدات الملونة على الكاروتينات. وتحدث عملية البناء الضوئي في البلاستيدات الخضراء، وتحديدًا في منطقة حبيبات اليخضور ومنطقة السدى، وتعرف منطقة حبيبات اليخضور بكونها المنطقة الأكثر عمقًا من العضية، وتظهر على هيئة تجمعات من الأغشية تتخذ شكل أقراص مرتبة داخل أعمدة، ويطلق على كل قرص منها اسم الثايلاكويد؛ وهو المكان الذي تحدث فيه عملية انتقال الإلكترونات، أما منطقة السدى فهي المناطق الفارغة الموجودة بين الأعمدة المتشكلة من حبيبات اليخضور.، ويوجد تشابه كبير بين البلاستيدات والميتوكندريا المسؤول عن الطاقة في الخلايا، إذ تحتوي كل منها على جينوم خاص وهو مجموعة من الجينات الموجودة داخل شرائط الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين، يشفّر البروتينات الضرورية للعضيات وعمليات البناء الضوئي، كما تتشابه مع الميتوكندريا في الاعتقاد السائد حول نشأتهما من الخلايا البكتيرية الأولية في عملية تعرف باسم التكافل الداخلي. وتتكون البلاستيدات الخضراء من البكتيريا التي تمتلك قدرة على القيام بعمليات البناء الضوئي، وتمكنت هذه البكتيريا منذ ما يزيد عن مليار عام بالتطور من الخلايا الأحادية حقيقية النواة، وكشفت تحاليل الجينات الخاصة بالبلاستيدات أنها كانت تنتمي فيما سبق إلى مجموعة البكتيريا المزرقة، والتي تعد البكتيريا الوحيدة القادرة على القيام بعمليات البناء الضوئي الأكسجيني، وكشفت إحدى المقالات المنشورة في عام 2010 للميلاد عن عدم قدرة العلماء على تفسير عملية تكون البلاستيدات الخضراء الثانوية بناءً على نظرية التكافل الداخلي للبكتيريا المزرقة، وما زالت هذه العملية مصدر للجدل بين الباحثين والعلماء.
• الهوائيات: ترتبط الأصباغ بالبروتينات، ويساعدها ذلك على التحرك بمرونة نحو الضوء ونحو بعضها البعض، وتتكون الهوائيات من مجموعات كبيرة تتراوح من 100-5000 جزيء صبغي، وتلتقط الهوائيات طاقة الضوء المنبعثة من الشمس وتحولها إلى فوتونات، ثم تنقل طاقة الضوء إلى أي من التجمعات البروتينية الصبغية، وتحولها إلى إلكترونات، فعلى سبيل المثال تنقل طاقة الضوء في النبتة إلى الكلوروفيل لطرد الإلكترون وتحويل طاقة الضوء إلى طاقة كيميائية.
• مراكز التفاعل: تتمثل مراكز التفاعل في االبروتينات والأصباغ التي تحول طاقة الضوء إلى طاقة كيميائية، وبدء عملية نقل الإلكترون.

المراجع

1. ↑ "عملية “التمثيل الضوئي” في النباتات"، www.albdel.com، 16-10-2018، اطّلع عليه بتاريخ 14-7-2019. بتصرّف.
2. ↑ "أهم 3 معلومات عن عملية البناء الضوئي"، www.edarabia.com، اطّلع عليه بتاريخ 15-7-2019. بتصرّف.
3. ↑ "عملية البناء الضوئي ومراحلها"، www.sites.google.com، اطّلع عليه بتاريخ 15-7-2019. بتصرّف.
4. ↑ "ما هو البناء الضوئي أو التمثيل الضوئي ؟"، www.ibelieveinsci.com، 26-4-2019، اطّلع عليه بتاريخ 15-7-2019. بتصرّف.