تحولات الطاقة في عملية التمثيل الضوئي
تبدأ تحولات الطاقة في عملية التمثيل الضوئي بامتصاص النباتات الطاقة الشمسية وتحويلها إلى أشكال مختلفة من الطاقة؛ و يحدث ذلك في الخلايا النباتية خاصة موجودة في الأوراق وتسمى البلاستيدات الخضراء، التي تخزّن أيضًا المكونات الرئيسية اللازمة لعملية التمثيل الضوئي، فهي تحتوي على الماء الذي يمتصه جذور النبات، وثاني أكسيد الكربون الجوي الذي تمتصه النبتة من الجو.
ولا تتم عملية التمثيل الضوئي إلا بوجود الكلوروفيل الموجود في عضيات مطوية تشبه المتاهة تسمى الثايلاكويدات، فهو المحفز الحقيقي لعملية التمثيل الضوئي؛ لذلك تعتمد البكتيريا الزرقاء، والعوالق، والنباتات، على هذا الجزيء الحساس للضوء لإتمام العملية، ولكن جزيئات الكلوروفيل لا تمتص الضوء الأخضر؛ بل تعكسه، لذلك نرى معظم الأوراق باللون الأخضر.
استراتيجية تحولات الطاقة في التمثيل الضوئي
على الرغم من عدم مقدرة الكلوروفيل على امتصاص الضوء الأخضر، إلا أنّ له قدرة مميزة على امتصاص الضوء الأزرق والأحمر، وهذا ما يُنشّط الكلوروفيل ويفقده إلكترونات، والتي تصبح أشكالًا متحركة من الطاقة الكيميائية التي تؤدي إلى نمو النبات ، ويجدد الكلوروفيل الإلكترونات المفقودة عن طريق فصل الماء وأخذ الإلكترونات من الهيدروجين، تاركًا الأكسجين كمنتج ثانوي.
وبما أنّه حُررت الإلكترونات من الكلوروفيل، فإنها تحتاج إلى شيء لنقلها إلى حيث يمكن استخدامها، وهذا هو دور الجزيئين (ATP) و(NADPH)؛ اللذين يجلبان الإلكترونات إلى الفضاء خارج ثنيات الثايلاكويد داخل البلاستيدات الخضراء في منطقة تُسمّى السدى، وهنا تجبر الطاقة التي يجلبها الجزيئين ثاني أكسيد الكربون على الاندماج مع الجزيئات الأخرى، مكونًا الجلوكوز.
وبعد حدوث هذه التفاعلات؛ يعود الجزيئان فارغان من الإلكترونات إلى طيات الثايلاكويد لتلقي دفعة أخرى من الكلوروفيل المحفز بأشعة الشمس، وعندما يكون لدى النباتات ما يكفي من ضوء الشمس، والماء، و التربة الخصبة ؛ تستمر دورة التمثيل الضوئي في إنتاج المزيد من الجلوكوز الذي يمثل الغذاء الذي تستخدمه النباتات لاستمرار نموها، يجمعون الآلاف من جزيئات الجلوكوز لصنع السليلوز الذي يبني جدران الخلايا.
أنواع عملية التمثيل الضوئي
تنقسم عملية البناء الضوئي إلى نوعين رئيسيين؛ وهما كالآتي:
التمثيل الضوئي المؤكسد
أثناء عملية التمثيل الضوئي المؤكسد، تنقل الطاقة الضوئية الإلكترونات من الماء التي تمتصه جذور النبات؛ إلى ثاني أكسيد الكربون لإنتاج الكربوهيدرات، وأثناء ذلك يقل ثاني أكسيد الكربون أو يستقبل إلكترونات، ولذلك يتأكسد الماء بفعل فقده للإلكترونات، وينتج عن ذلك الكربوهيدرات إلى جانب الأكسجين، ويمكن تمثيل ذلك من خلال المعادلة التالية:
6CO 2 12H 2 O Light Energy → C 6 H 12 O 6 6O 2 6H 2 O
التمثيل الضوئي غير المؤكسد
يتبع التمثيل الضوئي غير المؤكسد مبادئ مشابهة جدًا للتمثيل الضوئي المؤكسد، ولكنه يستخدم مانح للإلكترونات غير الماء، لذلك فهو لا ينتج الأكسجين، ويمكن تمثيل ذلك من خلال المعادلة التالية:
CO 2 2H 2 A Light Energy → CH 2 O 2A H 2 O
والحرف A في المعادلة متغير، ويمثل H 2 A المتبرع المحتمل للإلكترون، فمثلًا يمكن أن يمثل الحرف A الكبريت في كبريتيد الهيدروجين (H 2 S) المتبرع للإلكترون.
