بينما يأكل البشر والحيوانات النباتات والحيوانات الأخرى كغذاء، يمكن للنباتات أن تصنع غذائها باستخدام الضوء وعملية تسمى التمثيل الضوئي. التمثيل الضوئي هو العملية التي تقوم فيها النباتات بتصنيع الغذاء باستخدام ثاني أكسيد الكربون والماء وأشعة الشمس.
ما هو التمثيل الضوئي؟
قد تكون عملية التركيب الضوئي كلمة كبيرة، ولكن يمكن تقسيمها إلى كلمتين أصغر: "صورة" و" تركيب". الصورة تعني الضوء والتركيب يعني التجميع. على الرغم من أن العملية قد تكون معقدة، إلا أنه يمكن كتابتها ببساطة باستخدام المعادلة الكلمةية التالية:
كيف يحدث التمثيل الضوئي
يحدث التمثيل الضوئي في أوراق النباتات حيث تعيش البلاستيدات الخضراء في الخلايا. هناك مرحلتان في عملية التمثيل الضوئي. المرحلة الأولى تحتاج إلى الضوء والمرحلة الثانية لا. قبل أن تتمكن من فهم عملية التمثيل الضوئي، عليك أن تفهم المزيد عن البلاستيدات الخضراء.
البلاستيدات الخضراء
تمامًا مثل البشر، تتكون النباتات من آلاف الخلايا. على عكس الخلايا الحيوانية، تمتلك النباتات بنية خاصة تسمى البلاستيدات الخضراء حيث تتم عملية التمثيل الضوئي.
البلاستيدات الخضراء عبارة عن نقاط صغيرة بيضاوية الشكل توجد داخل الخلايا النباتية. في بعض الأحيان تحتوي الخلايا النباتية على عدد قليل فقط من البلاستيدات الخضراء بينما يشغل البعض الآخر المساحة الكاملة داخل الخلية.تحتوي البلاستيدات الخضراء على طبقات عديدة. الطبقة الخارجية ناعمة بينما الجزء الداخلي من البلاستيدات الخضراء يحتوي على عدة قطع مهمة.
يوجد داخل البلاستيدات الخضراء مجموعة من الأكياس المليئة بالكلوروفيل تسمى الثايلاكويدات والتي تطفو في سائل يسمى السدى. تبدو الثايلاكويدات وكأنها أكوام من الفطائر. الكلوروفيل يعطي النباتات لونها الأخضر ويساعد النباتات على امتصاص الطاقة من ضوء الشمس.
المرحلة الأولى: التفاعلات المعتمدة على الضوء
تسمى المرحلة الأولى من عملية التمثيل الضوئي بمرحلة التفاعلات المعتمدة على الضوء. تحدث هذه المرحلة في الثايلاكويدات في البلاستيدات الخضراء ولا يمكن أن تحدث إلا عند توفر ضوء الشمس.
- يضرب ضوء الشمس الكلوروفيل الموجود في البلاستيدات الخضراء ويثير الإلكترونات.
- تتحرر الإلكترونات المثارة من الكلوروفيل.
- بما أن إلكترونًا واحدًا قد غادر الكلوروفيل للتو، فيجب استبداله. ينقسم جزيء الماء إلى أكسجين (O2) وأيون هيدروجين (H+) في الثايلاكويدات.
- تخضع الإلكترونات الحرة بعد ذلك لتفاعل كيميائي لتكوين ATP وNADPH، وهما جزيئات الطاقة اللازمة للمرحلة الثانية من عملية التمثيل الضوئي.
المرحلة الثانية: دورة كالفين
المرحلة الثانية من عملية التمثيل الضوئي، والتي تسمى دورة كالفين، تحدث في سدى البلاستيدات الخضراء. ليست هناك حاجة لضوء الشمس لدورة كالفين. ثاني أكسيد الكربون والطاقة من ATP وNADPH يخلقان الجلوكوز. الجلوكوز هو سكر بسيط تخزنه النباتات كطاقة ويمكن تحويله إلى مكونات أخرى مثل النشا والسليلوز التي تعتبر مهمة لبنية الخلية.
- يتم امتصاص ثاني أكسيد الكربون من الهواء من خلال ثقوب في أوراق النبات.
- يرتبط جزيء ثاني أكسيد الكربون بسكر بسيط يسمى RuBP.
- من خلال تفاعل كيميائي من أربع خطوات، يتحد ثاني أكسيد الكربون وجزيء RuBP مع ATP وNADPH من المرحلة الأولى لتكوين جزيء الجلوكوز.
الفيديو التالي يوضح العملية من البداية إلى النهاية:
التمثيل الضوئي مهم
التمثيل الضوئي هو العمود الفقري للحياة على الأرض. لا يستطيع الإنسان العيش بدون الأكسجين. يتم إطلاق الأكسجين الذي تنتجه النباتات أثناء عملية التمثيل الضوئي في الهواء الذي يتنفسه الناس كل يوم. عندما يتنفس الناس الأكسجين، يطلقون ثاني أكسيد الكربون. تستخدم النباتات ثاني أكسيد الكربون في عملية التمثيل الضوئي. وبالتالي، فإن النباتات مسؤولة عن موازنة مستويات الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الهواء. بالإضافة إلى ذلك، تقوم بعض النباتات بتخزين الجلوكوز الناتج أثناء عملية التمثيل الضوئي في الفواكه والجذور. ومن هذه الفواكه والجذور التفاح والجزر والفراولة وغيرها من الأطعمة اللذيذة التي يستمتع الناس بتناولها.
