يسلط هذا المقال الضوء على مصير الطاقة الناتجة عن عملية البناء الضوئي ومعادلاتها التي تحدث داخل النباتات الخضراء، حيث يتم تحويل الطاقة الضوئية الموجودة في البيئة إلى طاقة كيميائية، وهو ما يسهم في عملية البناء الضوئي التي سنقوم بمناقشتها بتفصيل أكبر في هذا المقال.
عملية البناء الضوئي
- تعدّ عملية البناء الضوئي أحد أكثر العمليات الكيميائية تعقيدًا، حيث تحدث بشكل أساسي في النباتات الخضراء، بالإضافة إلى بعض البكتيريا الزرقاء والكلوروبلاستات الموجودة في الطحالب والنباتات المائية).
- تبدأ هذه العملية بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهرومغناطيسية، وذلك بفضل الفوتونات التي تتلقاها النباتات من أشعة الشمس. تسهم هذه الفوتونات في توليد العديد من الروابط الجزيئية المرتبطة بسكر الجلوكوز، والتي يتم التعبير عنها في المعادلة التالية:
- 6CO2 + 6H2O + ضوء + كلوروبلاستات = C6H12O6 + 6O2.
- نتيجة لهذا التحول، يتم إنتاج الأكسجين، الذي تطلقه النباتات مع كل جزيء من ثاني أكسيد الكربون الذي تم استهلاكه خلال عملية البناء الضوئي.
- بالإضافة إلى المركبات السكرية مثل الجلوكوز، التي توفر الطاقة اللازمة للنباتات للنمو والازدهار.
خطوات المعادلة
يمكننا الاستنتاج بأن عملية البناء الضوئي ومعادلتها تبدو بسيطة، لكنها تمثل أحد أكثر العمليات تعقيدًا، نظرًا للحاجة إلى المرور بعدد من الدورات لإكمالها. ومن هذه الدورات:
الدورة الأولى
- تشتمل على التفاعلات الضوئية الناتجة عن الأشعة الشمسية، وهي المرحلة التي تعتمد عليها بشكل أساسي.
الدورة الثانية
- تشير إلى التفاعلات الكيميائية التي تحدث في ظلام الليل، حيث يستهلك النبات الطاقة التي تم جمعها خلال النهار. وقد أشار العالم كلفن إلى أن النباتات تنتج ثاني أكسيد الكربون ليلاً، بشكل مشابه للبشر، مما يجعل من الضروري عدم الاحتفاظ بالنباتات في الأماكن المغلقة لجعلها تنافس البشر على الأكسجين.
- تحدث تفاعلات الظلام في النباتات ذات الفلقتين، وحتى في النباتات ذات الفلقة الواحدة، كما هو موضح من قبل العالم هاتس سلاك.
خطوات عملية البناء الضوئي
تساعدنا الخطوات المتبعة في عملية البناء الضوئي على فهم كافة التفاصيل المصاحبة لهذه العملية، وتشمل:
- تبدأ عملية البناء الضوئي عند وقوع أول شعاع من الضوء على النباتات الخضراء، حيث تمتصها الخلايا النباتية الموجودة في البلاستيدات الخضراء.
- الفوتونات التي تسقط على صبغة الكلوروفيل تؤدي إلى تصادم الإلكترونات، مما ينتج عنه زيادة في شحنة الإلكترونات، وصعودها إلى مدارات أعلى.
- بعد فترة وجيزة، تعود الإلكترونات إلى مداراتها الأصلية، ولكنها تفقد الطاقة التي اكتسبتها أثناء التصادم مع الفوتونات.
- تظهر هذه الطاقة المفقودة في صورة حرارة أو ضوء أو ما يعرف بالفلورة، حيث تستفيد عملية البناء الضوئي من هذه الطاقة لإجراء تفاعلات كيميائية، تؤدي إلى تخزين المركبات العضوية في صورة أدينوسين ثلاثي الفوسفات.
ADP + P + ATP = الطاقة.
- كما أن الطاقة الناتجة عن الإلكترونات تمر عبر جزيئات موجبة الشحنة، مما يسهم في رفعها مجددًا، مما ينتج عنه مركبات عالية الطاقة تحتاجها النباتات.
- تعمل الطاقة الضوئية على شطر جزيئات الماء إلى هيدروجين وأكسجين، حيث تُستخدم أيونات الهيدروجين في عملية البناء الضوئي، بينما يتم إطلاق الأكسجين كتعبير عن النفايات الناتجة عن العملية.
- ملاحظة: المنظمات الضوئية تقوم بشطر جزيئات الماء، مما يؤدي إلى زيادة تركيز الأكسجين المنبعث، والذي تتنفسه معظم الكائنات الحية للحفاظ على نشاطها الحيوي.
العوامل المؤثرة في البناء الضوئي
تؤثر العديد من العوامل على عملية البناء الضوئي، لدرجة أن النباتات لا يمكنها القيام بهذه العمليات دونها. ويمكن تصنيف هذه العوامل إلى:
- عوامل داخلية تشمل التركيبات الموجودة داخل النباتات.
- عوامل خارجية تعتمد على الظروف البيئية المحيطة، وتُعتبر هي الأكثر تأثيرًا.
العوامل الداخلية للنبات
- تتعلق بتركيب الورقة الخضراء، وسمك قشرتها الخارجية، وما إذا كانت تحتوي على وبر أم لا، بالإضافة إلى دراسة التركيب الكلي للنسيج المتوسط، ومكان الجسيمات داخل بلاستيدات الخلايا.
- تشير أيضًا إلى مستوى تركيز المواد الناتجة عن عملية البناء الضوئي داخل الأوراق الخضراء، لأن تركيز هذه المركبات قد يؤثر على سرعة حدوث العملية.
- يجب أن تحتوي البروتوبلازم والإنزيمات على خصائص تحميها من الجفاف وتقلل من اهتزازات الإنزيمات.
تابع معنا:
العوامل الخارجية للبناء الضوئي
تشمل العوامل الخارجية التي تؤثر في عملية البناء الضوئي:
- درجة الحرارة.
- قوة أشعة الشمس.
- تركيز الغاز ثاني أكسيد الكربون في البيئة المحيطة.
- كمية المياه المخصصة لسقي الجذور.
- المعادن التي يحصل عليها النبات من التربة، بما في ذلك العناصر الغذائية المضافة من السماد.
