كيف تقوم الخلايا النباتية بصنع الغذاء

كيفية صنع الغذاء في الخلايا النباتية

تُعرّف النباتات على أنّها كائنات ذاتية التغذية (بالإنجليزية: Autotrophs) لأنّ لديها القدرة على صنع غذائها بنفسها باستخدام الطاقة المستمدة من ضوء أشعة الشمس خلال عملية تُسمّى بالبناء الضوئي (بالإنجليزية:Photosynthesis)؛ وهي عملية تتمّ في جميع أنواع النباتات والطحالب وبعض الكائنات الحية الدقيقة، وعادةً ما تتمّ هذه العملية في أوراق النباتات الخضراء، باستخدام ثاني أكسيد الكربون المستمد من الهواء المحيط، والماء الممتص من التربة، بالإضافة إلى الضوء، ويتأثّر معدّل البناء الضوئي بالمقدار المتاح من المواد الثلاثة السابقة ودرجة الحرارة، وينتج عن هذه العملية غاز الأكسجين الذي تُطلقه النباتات إلى الخارج، والكربوهيدرات التي تُعدّ مصدر طاقة النبات، وبعض المركبات الكربونية المعقدة والضرورية لنمو النبات وبقائه على قيد الحياة.

للتعرف على مراحل الانقسام الخيطي في الخلية النباتية يمكنك قراءة المقال مراحل الانقسام الخيطي المتساوي في الخلية النباتية

عملية البناء الضوئي

يتمّ البناء الضوئي في الأوراق والسيقان الخضراء داخل أجزاء مُتخصّصة من الخلايا النباتية تُسمّى البلاستيدات الخضراء، حيث تضم الخلية الواحدة 40-50 بلاستيدة خضراء؛ وهي بُنى بيضاوية الشكل، مُقسّمة من الداخل إلى عدد من الحجرات الشبيهة بالأقراص والمُسمّاة تيلاكويدات (بالإنجليزية: Thylakoids) والمرتبة بشكل عمودي في البلاستيدات وتفصل بينها أغشية، ويُطلق على مجموعة التيلاكويدات (بالإنجليزية: Granum) وتكون مغمورةً داخل سائل يُسمّى السدى (بالإنجليزية: Stroma).

تضم أغشية التيلاكويدات المئات من جزيئات الكلوروفيل ، والذي يُعرّف على أنّه صبغة ماصّة لأشعة الشمس، كما يضم الغشاء أنواعاً أخرى من الصبغات القادرة على امتصاص الضوء، وإنزيماً من مادة عضوية تُسرّع التفاعلات الكيميائية في النبات، وجزيئات أخرى ضرورية للبناء الضوئي، وعادةً ما يتمّ ترتيب هذه الأصباغ والإنزيم في نظامين اثنين، هما النظام الضوئي الأول والنظام الضوئي الثاني؛ وذلك لأنّ كلّ بلاستيدة خضراء تضمّ عشرات التيلاكويدات، وكلّ تيلاكويد يضم آلاف الأنظمة الضوئية، ممّا يعني أنّ البلاستيدة الخضراء الواحدة تضم ملايين الجزيئات الصبغية.

تتمّ عملية البناء الضوئي على مرحلتين اثنتين هما؛ التفاعلات المعتمدة على الضوء وتفاعلات مستقلة غير معتمدة على الضوء، وتنتج عن عملية البناء الضوئي عدد من المخرجات، منها الكربوهيدرات كمنتج عضويّ، والمعادلة الآتية توضّح أحد تفاعلات البناء الضوئي التي ينتج عنها أبسط الكربوهيدرات وهو الجلوكوز:

6CO₂ 12H₂O → 6H₂o 6O₂ C₆H₁₂O₆

حيث إنّ C₆H₁₂O₆: الصيغة الكيميائية للجلوكوز.

التفاعل الضوئي

تُعرّف التفاعلات المعتمدة على الضوء، على أنّها التفاعلات القائمة على امتصاص أشعة الشمس بواسطة الكلوروفيل وتحويلها إلى طاقة كيميائية مُخزّنة على شكل جزيء ناقل الإلكترون الذي يُعرف اختصاراً بـ (NADPH)، وهو مختصر لفسفات ثنائي نكليوتيد النيكوتين والأدنين المختزل، وعلى شكل جزيء الطاقة المعروف اختصاراً بـ (ATP) وهو مختصر لثُلاثي فسفات الأدينوزين، وعادةً ما تحدث عملية تحويل طاقة الضوء إلى طاقة كيميائية داخل مركبات متعددة البروتينات يُطلق عليها الأنظمة الضوئية (بالإنجليزية: Photosystem)، ويوجد نوعان من الأنظمة الضوئية في البلاستيدات الخضراء؛ وهي النظام الضوئي الأول والنظام الضوئي الثاني، وفي النظامين يتمّ امتصاص أشعة الشمس عن طريق الإلكترونات المُثارة، ثمّ تُنقل الإلكترونات بواسطة جزيئات حامل الطاقة لبدء التفاعلات المستقلة عن الضوء.

يتألّف كلّ نظام ضوئي من مركّب جامع للضوء ومركز تفاعل، حيث تنقل الصبغات الموجودة داخل المركب طاقة الضوء إلى جزيئين خاصين من الكلوروفيل في مركز التفاعل، فيُثير الضوء إلكترون جزيء الكلوروفيل، والذي ينتقل إلى مستقبل الإلكترون الأساسي، عندها يتمّ استبدال الإلكترون المثار، وفي النظام الضوئي الثاني يأتي هذا الإلكترون كنتيجة لانقسام جزيء الماء الذي ينتج عنه الأكسجين، أمّا في النظام الضوئي الأول فإنّ الإلكترون ينتج عن سلسلة نقل إلكترون صانعة الكلوروفيل (بالإنجليزية: Chloroplast)، وبشكل عام فإنّ الأنظمة الضوئية تمتاز بقدرتها على أكسدة مصادر الطاقة المنخفضة الخاصة بتزويد الإلكترونات، وإيصال الإلكترونات النشطة إلى مناطق مختلفة، والاستجابة لأطوال ضوئية مختلفة من الضوء.

دورة كالفن

تُعبّر دورة كالفن عن التفاعلات المستقلة أو اللاضوئية في النبات، وقد سُمّيت دورة بسبب الطبيعة الدورية لآلية عمل هذه التفاعلات، وتتألّف دورة كالفن من أربع مراحل رئيسية كالآتي:

• تثبيت الكربون.
• طور الاختزال.
• تكوين الكربوهيدرات.
• طور التجديد.

يستطيع النبات القيام بهذه التفاعلات في أيّ وقت من النهار أو حتّى في الليل لإنّها لا تعتمد على الضوء كمُفاعل، ولكنّها في المقابل تحتاج إلى نواتج التفاعلات المعتمدة على الضوء حتّى تستطيع إكمال دورتها، فهي تحتاج إلى جزيئيّ الطاقة (ATP) و (NADPH) لبناء جزيئات الكربوهيدرات الجديدة، كما توفّر الإلكترونات النشطة الناتجة عن التفاعلات الضوئية الطاقة اللازمة لتكوين الكربوهيدرات من جزيء ثاني أكسيد الكربون، وبعد الانتهاء من تزويد هذه التفاعلات اللاضوئية بالطاقة، تعود جزيئات حامل الطاقة إلى التفاعلات المعتمدة على الضوء للحصول على إلكترونات أكثر نشاطاً، كما أنّ دورة كالفن تحتاج إلى الإنزيمات التي لا تنشط إلّا بواسطة التفاعلات الضوئية.

وللتعرّف إلى الخلايا النباتية بشكل مفصّل يمكنك قراءة مقال مكونات الخلية النباتية ووللتعرّف إلى وظائف الخلية النباتية ومكوناتها يمكنك قراءة مقال مكونات الخلية النباتية ووظائفها