مفهوم التركيب الضوئي
التركيب الضوئي أو البناء الضوئي (بالإنجليزية: Photosynthesis) هي عبارة عن عمليةٍ كيميائيّة معقدة تختصّ بالنباتات وبعض الكائنات الحية الأخرى، تهدف إلى تحويل الطاقة الضوئيّة المُلتقطة إلى طاقةٍ كيميائيّة، وفق المعادلة الآتية:
CO 2 2H 2 O → (CH 2 O) O 2 H 2 O
يُصنّف التركيب الضوئي ضمن تفاعلات الأكسدة و الاختزال في الكيمياء، إذ يتأكسد الماء بوجود الضوء، لإنتاج الأكسجين وأيونات الهيدروجين، إضافةً إلى الإلكترونات، بينما تختزل هذه الأيونات والإلكترونات ثاني أكسيد الكربون، لتحويله إلى مواد عضويّة.
العوامل المؤثرة في عملية التركيب الضوئي
تتأثر عمليّة التمثيل الضوئي بالعديد من العوامل، وتقسم هذه العوامل إلى قسمين، داخليّة وخارجيّة:
العوامل الداخلية
كتركيب الورقة من حيث السمك ووجود الأوبار على سطحها، وحجم المسام وطرق توزيعها، وتركيب النسيج المتوسّط، وأيضا موضع الجسيمات في خلايا النبتة.
ومن العوامل الداخلية نواتج التمثيل الضوئي ، بحيث إنّه كلما ازداد تركيز هذه النواتج في الخلايا الخضراء يقل معدل العمليّة خاصة اذا كان هذا الانتقال بطيئاً، وتعتمد أيضاً على حالة المادة الحيّة الإنزيمات والبروتوبلازم وعلى وجه الخصوص جفاف البروتوبلازم وحدوث اضطراب في عمل الأنزيمات.
العوامل الخارجية
تتأثر عملية التركيب الضوئي بعدد من العوامل الخارجية، ومن ذلك ما يأتي:
شدة الضوء
تتناسب سرعة حدوث عملية التركيب الضوئي مع شدّة الضوء طرديًّا، إذ تزداد سرعة العملية بوجود ضوء كافٍ، كما تُصبح بطيئة جدًا في النبات حال غياب تعريضه لمصدر ضوء.
ثاني أكسيد الكربون
يُعدّ غاز ثاني أكسيد الكربون من العوامل الخارجيّة المؤثرة بصورة مباشرة على عملية التركيب الضوئي، إذ يزداد معدل حدوث التركيب الضوئي بزيادة وجود غاز ثاني أكسيد الكربون.
درجة الحرارة
تُؤثّر درجة الحرارة على النباتات ؛ إذ يُصبح معدّل حدوث التركيب الضوئي منخفضًا، ويحدث ببطء شديد في الأجواء الباردة، بينما تُصبح العملية سريعة، وأكثر كفاءةً في الظروف الحارّة.
مراحل عملية التركيب الضوئي
تتمّ عملية التمثيل أو التركيب الضوئي في دورتين هما:
التفاعلات الضوئية
تفاعلات الضوء، حيث تعتمد هذه التفاعلات على وجود ضوء الشمس.
إذ تبدأ عمليّة التركيب الضوئي بسقوط الضوء على عددٍ من الخلايا النباتيّة المتجاورة، بحيث يتكون نظامٌ ضوئي داخل البلاستيدات الخضراء، وعند سقوط فوتونات الضوء على جزيء الكلوروفيل يحدث وقتها اصطدام فوتون بأحد إلكترونات الكلوروفيل، ليصبح هذا الإلكترون في حالة تهيج من ما يؤدّي إلى قفزه من مداره الأصلي ومحاولة العودة لهذا المدار خلال جزء من الثانية.
وفي محاولة العودة إلى المدار الأصليّ يقوم بإطلاق الطاقة المكتسبة، حيث يمكن أن تنطلق هذه الطاقة على شكل ضوء أو حرارة، وفي التركيب الضوئي فتعمل على حدوث التفاعل الكيميائيّ.
تفاعلات حلقة كالفن
تفاعلات الظلام، أو دورة كالفن حيث تحدث هذه التفاعلات أثناء الليل، وأطلق عليها كالفن نسبةً لمكتشفها كالفن، وتحدث هذه التفاعلات في النباتات ذات الفلقتين ، أو في المركبات ثلاثية الكربون، ويطلق عليها دورة الكربون الثلاثي، ويوجد أيضاً دورة هاتس سلاك، وتحدث في النباتات ذات الفلقة الواحدة.
تختزن الطاقة الكيميائيّة في المركبات العضويّة الغنية بالطاقة، حيث تنتقل بعضٌ من هذه الطاقة الإلكترونيّة عبر جزيئات منخفضة الطاقة، لترتفع طاقتها من ما ينتج عنه مركبان مرتفعان في الطاقة وهما ATP و NADPH، وتستغل جزء من هذه الطاقة الضوئيّة التي تنتقل بين الإلكترونات في شطر جزيئات الماء إلى أيونات أوكسجين وأيونات هيدروجين، حيث يدخل أيون الهيدروجين في العمليّات الحيويّة، ومنها ينطلق الأوكسجين.
ومن هنا يتّضح بأن الأكسجين ينتج عن الماء المشطور في عمليّة التركيب الضوئي، وذلك بعد نزع الهيدروجين منه.
نواتج عملية التركيب الضوئي
ينتج عن عملية التركيب الضوئي ما يأتي:
- الكربوهيدرات: مثل سكر الجلوكوز ، ورمزه الكيميائي C 6 H 12 O 6 ، أو السكروز.
- الأحماض الأمينية.
- البروتينات.
- الدهون.
- الأصباغ الخاصة بالأجزاء الخضراء.
أهمية عملية التركيب الضوئي
يُعدّ التركيب الضوئي من العمليات الكيميائيّة والحيويّة المهمّة في الطبيعة، ويُمكن تلخيص أهميته من خلال النقاط الآتية:
- يوفّر التركيب الضوئي نسبة عالية من الأكسجين المكوّن للغلاف الجوّي.
- يلعب التركيب الضوئي دورًا رئيسيًّا في دورة الكربون التي تحدث بين مكونات النظام البيئي.
- يساهم التركيب الضوئي في توفير النباتات التي تنشأ علاقات تكافلية بينها وبين البشر.
- يؤثر التركيب الضوئي على الحياة على سطح الأرض بصورة مباشرة، أو غير مباشرة، من خلال إمداد الكائنات الحية بالأكسجين والغذاء من النباتات.
- يمد التركيب الضوئي الأشجار والنباتات بالطاقة الأولية اللازمة للنمو.
