التفاعلات الكيميائية الأساسية في النباتات

التفاعلات الكيميائية في النباتات

تعتبر التغيرات الكيميائية والفيزيائية ضرورية لعملية نمو وتطور النباتات. وتشمل التغيرات الكيميائية عمليتي التمثيل الضوئي والتنفس، حيث يتم تغيير التركيب الكيميائي للمواد الأولية خلال هذه العمليات. تتم عملية التمثيل الضوئي عبر تحويل الضوء والماء وثاني أكسيد الكربون إلى أكسجين وجلوكوز، الذي يعد مصدر الطاقة الأساسي للنباتات.

أما التغيرات الفيزيائية فتظهر بوضوح من خلال عملية النتح، حيث تقوم النباتات بامتصاص الماء من التربة عبر الجذور، ثم تقوم بنقل هذا الماء عبر الساق والأغصان إلى الأوراق، حيث يتم تحريره كبخار ماء إلى الجو. يُعتبر هذا تغيرًا فيزيائيًا لأنه لا يحدث تغيير في التركيب الكيميائي للماء، بل في حالته من سائل إلى غاز.

أنواع التفاعلات الكيميائية داخل النباتات

يمكن تصنيف التفاعلات الكيميائية في النباتات إلى نوعين رئيسيين، استنادًا إلى احتياجها للضوء، وهما:

التفاعلات المعتمدة على الضوء

تحدث هذه التفاعلات داخل غشاء الثايلاكويد وتتطلب وجود ضوء الشمس، مما يعني أنها لن تحدث دون هذه الظروف. من أبرز الأمثلة على ذلك هو تفاعل التمثيل الضوئي من نوع C3.

التمثيل الضوئي هو العملية التي يتم من خلالها تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية بواسطة النباتات الخضراء وبعض الكائنات الحية الأخرى التي تُعرَف بأنها “ذاتية التغذية”. يتم ذلك عبر تحويل الماء وثاني أكسيد الكربون (CO2) والمعادن، باستخدام الطاقة الضوئية المستمدة من أشعة الشمس، إلى أكسجين ومركبات عضوية غنية بالطاقة تُسمى الجلوكوز، والتي يتم تخزينها في الروابط الكيميائية داخل النبات. وتُعزى صبغة الكلوروفيل، المسؤولة عن امتصاص الطاقة الشمسية، أهمية كبيرة أثناء هذه العملية، حيث تتم بنمطين: C3 وC4.

تُستخدم عملية التمثيل الضوئي من نوع C3 من قبل معظم النباتات، حيث تنتج خلال دورة كالفين مركب كربوني ثلاثي الذرات يُعرف بـ “حمض الفوسفوجليسيريك” الذي يتحول إلى سكر الجلوكوز.

التفاعلات غير المعتمدة على الضوء

تتم هذه التفاعلات المستقلة عن الضوء، والمعروفة باسم دورة كالفين، في الفراغ بين أغشية الثايلاكويد وأغشية البلاستيدات الخضراء، المعروفة بالسدى. إذ لا تتطلب هذه العمليات وجود الضوء، مما يبرر تسميتها.

تستخدم التفاعلات الطاقة من جزيئات ATP وNADPH لتجميع جزيئات الكربوهيدرات مثل الجلوكوز من مركب ثاني أكسيد الكربون. وتلعب صبغة الكلوروفيل دورًا رئيسيًا في تحويل الطاقة الشمسية إلى جزيئات ATP وNADPH. ومن الأمثلة الشائعة على ذلك تفاعل التمثيل الضوئي من نوع C4.

تنجم خلال هذا التفاعل مركب وسيط يحتوي على 4 ذرات كربون ينفصل إلى ثاني أكسيد الكربون ومركب ثلاثي ذرات الكربون في دورة كالفين. ويتميز التمثيل الضوئي من نوع C4 بتمكينه للنباتات من الازدهار في البيئات ذات الإضاءة أو التربة القليلة بالماء.

أهمية التفاعلات الكيميائية في النباتات

على الرغم من أن العمليات الكيميائية داخل النباتات تبدو وسيلة ذاتية للحصول على الغذاء والطاقة، إلا أنها تمثل أيضًا عاملاً حيويًا في الحفاظ على الحياة بكافة أشكالها على سطح الأرض. ولها تأثير كبير على الغلاف الجوي والمحيطات، كونها تعمل على امتصاص ثاني أكسيد الكربون من الجو وإطلاق الأكسجين.

تُعتبر النباتات الوحدات الأساسية في قاع السلسلة الغذائية والمصدر الرئيسي للغذاء، مما يعني أن فقدانها سيؤدي إلى انقراض جميع الكائنات الحية، بما في ذلك الإنسان، باستثناء بعض الأنواع مثل البكتيريا اللاهوائية التي تستطيع العيش بدون أكسجين. بالإضافة إلى ذلك، تلعب الطاقة الناتجة من هذه التفاعلات التي تمتد عبر ملايين السنين دورًا محوريًا في إنتاج الوقود الأحفوري (كالنفت والغاز والفحم) الذي يغذي القطاع الصناعي والعديد من المجالات الأخرى. وهناك العديد من التأثيرات الأخرى لهذه التفاعلات التي لا يمكن اختزالها في هذا المقال.