التنفس الخلوي والبناء الضوئي
يواجه العديد من الأفراد صعوبة في التمييز بين عمليتي التنفس الخلوي والبناء الضوئي. كل من العمليتين تتضمن مراحل خاصة تميزها عن الأخرى، كما تمتلكان خصائص فريدة تميزهما.
في هذا المقال، سنقدم توضيحًا شاملًا حول التنفس الخلوي والبناء الضوئي، بالإضافة إلى مراحل البناء الضوئي التي تُقسم إلى مرحلتين: مرحلة الضوء ومرحلة الظلام. سنتناول أيضًا نواتج عملية البناء الضوئي ومراحل التنفس الخلوي.
التنفس الخلوي والبناء الضوئي
- تعتبر بعض العمليات الأساسية في العلوم النباتية مستقلة، مثل عمليات الأيض والحصول على المغذيات، فضلاً عن اكتساب الطاقة وفقدانها.
- تشمل هذه العمليات العديد من التفاعلات الحيوية التي تحدث في الليل أو النهار، ومن أبرزها عملية البناء الضوئي.
- تتضمن بعض العمليات التي تجري داخل الخلايا مسميات معينة، مثل العمليات الخلوية وغير الخلوية.
عملية البناء الضوئي
- تتعلق هذه العملية بالكائنات التي تحتوى على الكلوروفيل، مثل الطحالب والنباتات والبكتيريا الخضراء.
- تمتلك هذه الكائنات القدرة على إنتاج غذائها بشكل ذاتي بمساعدة صبغة الكلوروفيل وأشعة الشمس.
- يتضح من ذلك أن البناء الضوئي يتعلق بالنباتات الخضراء، ويحدث في الأجزاء الخضراء مثل الأوراق والأغصان.
تعريف البناء الضوئي
- تعتبر عملية البناء الضوئي تفاعلًا كيميائيًا يحدث بوجود الشمس والماء.
- تقوم جذور النبات بامتصاص الماء عبر التربة من خلال الخاصية الأسموزية.
- كما يتم امتصاص ثاني أكسيد الكربون من خلال الثغور المنتشرة على الأوراق.
- عند تعرض الأجزاء الخضراء لأشعة الشمس، تنقسم جزيئات الماء لتنتج أكسجين وهيدروجين.
- تقوم الروابط الكيميائية الجديدة بإنتاج سكر الجلوكوز، وهو الأساس الذي تعتمد عليه النباتات في غذائها.
- تتم هذه العملية بمساعدة مادة الكلوروفيل الموجودة في البلاستيدات الخضراء.
- ينتج عن هذه العملية بخار الماء والأكسجين الذي يخرج من خلال الثغور.
- يساعد هذا النبات على التخلص من ثاني أكسيد الكربون الضار.
- ويساهم في إنتاج الأكسجين الضروري لعملية التنفس لدى الكائنات الحية، بالإضافة إلى انتاج المواد الغذائية.
نوصي بقراءة:
مراحل البناء الضوئي
تنقسم مراحل البناء الضوئي إلى مرحلتين رئيسيتين:
مرحلة الضوء
- تحدث هذه المرحلة خلال النهار، حيث يتم تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية مخزنة.
- عند وصول فوتونات الضوء إلى أوراق النبات، يحدث انشطار لجزيئات الماء ويندمج الهيدروجين مع مركب يسمى فوسفات النيكوتين أميد أدينين ثنائي النيوكليوتيد (NADP+).
- تسهم هذه العملية في إنتاج (NADPH) وإخراج الأكسجين عبر ثغور الورقة.
- تنتج كمية من الطاقة تُعرف باسم أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP)، ويخزنها النبات لاستخدامها لاحقًا في عملية البناء الضوئي.
مرحلة الظلام (دورة كالفن)
- تحدث هذه المرحلة خلال الليل، وتعتبر عملية غير ضوئية، حيث يكمل النبات عملية البناء الضوئي باستخدام المركبات العضوية المتاحة في اليخضور.
- تُستخدم جزيئات الطاقة الناتجة من الخطوة السابقة لتحريك التفاعل.
نواتج عملية البناء الضوئي
- ينتج عن عملية البناء الضوئي مركب كربوني يُعرف بسكر الجلوكوز، والذي يُعتبر أساس تكوين السكريات.
- تُستخدم العناصر الغذائية الأخرى التي تنتجها النباتات في عمليات النمو وكسب الطاقة، حيث تُستخدم معظم هذه العناصر في تكوين البذور والثمار.
- يقوم النبات بتحويل نواتج البناء الضوئي إلى بروتينات وكربوهيدرات بطريقة غير مباشرة.
عملية التنفس الخلوي
- تُعتبر عملية التنفس الخلوي تفاعلًا بيولوجيًا يعمل على تحرير الطاقة من الروابط الكيميائية في جزيئات الغذاء، لتوفيرها للعمليات الحيوية الأساسية.
- تحدث هذه العملية في جميع خلايا الكائنات حقيقية النواة، وتحديداً في الميتوكندريا، حيث تجرى معظم التفاعلات الكيميائية.
تعريف التنفس الخلوي
- التنفس الخلوي هو سلسلة من التفاعلات الحيوية المرتبطة والتي تحطم المركبات العضوية وتحولها إلى طاقة قابلة للاستخدام.
- تحدث هذه العملية في الليل في جزء من الخلية يدعى الميتوكندريا، والتي تُعتبر مركز إنتاج الطاقة فيها.
مراحل التنفس الخلوي
تحدث عملية التنفس الخلوي في الميتوكندريا وتنقسم إلى أربع مراحل تبدأ بمرحلة التحلل السكري وتنتهي بمرحلة إطلاق الإلكترونات، وهذه المراحل هي:
- تحلل جزيئات الجلوكوز وتحويلها من سكر سداسي الكربون إلى جزيئين من جزيئات ثلاثية الكربون تُعرفان بالبيروفات.
- تأكسد جميع البيروفات المنتجة من التحلل للحصول على جزيئين من الكربون، وارتباطهما مع إنزيم أسيتيل، مما ينتج عنه غاز ثاني أكسيد الكربون.
- يتحد إنزيم أسيتيل الناتج مع مركب رباعي الكربون، مما يؤدي إلى سلسلة من تفاعلات الأكسدة المعروفة بدورة حمض الستريك.
- الفسفرة التأكسدية، وهي المرحلة النهائية من التنفس الخلوي، حيث يتم تحويل الطاقة الناتجة من التفاعلات الكيميائية إلى طاقة قابلة للاستخدام.
- تنتج عن هذه المرحلة إطلاق إلكترونات ذات طاقة عالية، تُنقل بواسطة النواقل خارج الميتوكندريا حتى تصل إلى الأكسجين، مما ينتج عنه جزيئات الماء.
أهمية التنفس الخلوي
- تساعد عملية التنفس الخلوي في الحفاظ على درجة حرارة الجسم وتساهم بشكل كبير في استقرار حرارة الكائن الحي.
- الهدف من هذه العملية هو الحصول على الطاقة الناتجة من تحليل المركبات العضوية.
- ومن بين مصادر الطاقة الناتجة هو الجلوكوز، الذي يُساعد في تنفيذ الأنشطة داخل الخلية.
- تلعب عملية التنفس الحيوي دورًا حيويًا في تزويد الكائنات الحية بالهيكل الكربوني الضروري لعملية البناء الضوئي في النباتات.
التكامل بين التنفس الخلوي والبناء الضوئي
على الرغم من أن كل من هذه العمليات لها دورها الخاص ونواتجها، إلا أنه يوجد تكامل واضح بينهما.
من خلال فهم ما تم شرحه في هذا المقال بعنوان “التنفس الخلوي والبناء الضوئي”، نستنتج النقاط التالية:
- المواد الناتجة عن عملية البناء الضوئي تُعتبر مواد تدخل في عملية التنفس الخلوي.
- في حين أن المواد الداخلة في عملية البناء الضوئي هي ناتج عن عملية التنفس الخلوي.
- تستخدم مرحلة نقل الإلكترونات في كلتا العمليتين لإنتاج الطاقة.
- تحتوي كل من حلقتي كالفن وكربس على عملية إعادة ترتيب ذرات الكربون في المركبات العضوية، والتي تُعتبر مصدرًا للهيكل الكربوني المستخدم في التفاعلات الحيوية.
- كما تشترك بعض النواتج في عمليات التنفس الخلوي والبناء الضوئي.
- ثاني أكسيد الكربون يُعتبر رابطة بين حلقتي كالفن وكربس.
- تُظهر العمليات الحيوية المنفذة في الكائنات الحية ترابطًا قويًا، حيث يمكن أن تكون عملية واحدة ناتجة عن الأخرى أو سبب في حدوثها.
- تمثل كافة العمليات الحيوية دورًا حاسمًا في إنتاج الطاقة اللازمة للنباتات لأداء الأنشطة الحيوية اليومية.
