التغذية في النباتات – شرح مفصل – احياء الخامس العلمي

أولًا: تعريف البناء الضوئي

هو عملية حيوية تقوم بها النباتات الخضراء، يتم خلالها استعمال الطاقة الضوئية لتحويل غاز ثاني أوكسيد الكاربون (CO₂) والماء (H₂O) إلى سكريات ومركبات كربونية عضوية مثل الكربوهيدرات، وذلك بمعادلة معقدة تحدث في خلايا النبات الخضراء.

ملاحظة:

بحسب رأي أحد العلماء، فإن أعظم تفاعل يحدث في الطبيعة هو عملية البناء الضوئي، لما لها من أهمية قصوى في استمرارية الحياة على سطح الأرض.

ثانيًا: مراحل البناء الضوئي

ينقسم البناء الضوئي إلى مرحلتين أساسيتين:

1. تفاعلات الضوء (Light Reactions)
2. تفاعلات الظلام (Dark Reactions) أو ما تعرف بـ دورة كالفن (Calvin Cycle)

أولًا: تفاعلات الضوء

ما الذي يحدث في هذه المرحلة؟

1. امتصاص الضوء:
   • تحتوي البلاستيدات الخضراء على صبغة الكلوروفيل (Chlorophyll) وهي المسؤولة عن امتصاص الطاقة الضوئية.
2. تحفيز الإلكترونات:
   • عندما تمتص جزيئات الكلوروفيل الضوء، تتحفز الإلكترونات داخلها وتصبح في حالة طاقة عالية.
3. انتقال الإلكترونات:
   • تنتقل هذه الإلكترونات من الكلوروفيل عبر سلسلة من البروتينات تسمى سلسلة نقل الإلكترونات (Electron Transport Chain).
4. إنتاج الطاقة:
   • نتيجة انتقال الإلكترونات، يتم توليد طاقة تستخدم في تصنيع مركب ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات)، وهو الجزيء الحامل للطاقة في الخلية.
5. نقل الهيدروجين:
   • يتم اختزال جزيء NADP⁺ ليصبح NADPH، وهو أيضًا من المركبات الحاملة للطاقة لكنه يحمل طاقة على شكل إلكترونات وهيدروجين.

نواتج تفاعلات الضوء:

• ATP (يُخزن طاقة)
• NADPH (يحمل إلكترونات عالية الطاقة)
• O₂ كناتج جانبي من تفكيك الماء

خطوات تفاعلات الضوء بشكل مبسط:

1. تسقط طاقة ضوئية على الكلوروفيل في البلاستيدات الخضراء.
2. يتحفز الكلوروفيل ويُحرر إلكترونات عالية الطاقة.
3. تدخل الإلكترونات في سلسلة من التفاعلات تُعرف بـ سلسلة نقل الإلكترونات.
4. يتم إنتاج ATP نتيجة استهلاك الطاقة.
5. يتم اختزال NADP⁺ ليعطي NADPH.
6. تُستخدم نواتج هذه المرحلة لاحقًا في تفاعلات الظلام.

ثانيًا: تفاعلات الظلام (دورة كالفن)

تعريف:

هي سلسلة من التفاعلات الكيميائية لا تعتمد على الضوء بشكل مباشر، لكنها تحتاج إلى مركبي ATP وNADPH الناتجين من تفاعلات الضوء لكي تتم.

خصائص تفاعلات الظلام:

1. لا تحتاج إلى ضوء مباشر.
2. تحدث في سدى البلاستيدة الخضراء (Stroma).
3. تعتمد على نواتج تفاعلات الضوء: ATP و NADPH.
4. تُستخدم لدمج غاز CO₂ مع مركبات عضوية لإنتاج سكريات وكربوهيدرات.
5. تُعرف أيضًا باسم دورة كالفن Calvin Cycle نسبةً للعالم مكتشفها.

مقارنة بين تفاعلات الضوء وتفاعلات الظلام

ما أهمية ATP وNADPH في تفاعلات الظلام؟

• ATP: يمد التفاعلات بالطاقة اللازمة لتحويل CO₂ إلى مركبات عضوية.
• NADPH: يزود التفاعلات بالإلكترونات والهيدروجين لإتمام عملية البناء العضوي.

تسلسل مبسط لعملية البناء الضوئي:

1. الضوء يسقط على الكلوروفيل.
2. الكلوروفيل يتحفز ويطلق إلكترونات.
3. الإلكترونات تمر بسلسلة نقل إلكترونات تنتج طاقة.
4. الطاقة تُستخدم لإنتاج ATP.
5. يتم اختزال NADP⁺ إلى NADPH.
6. يُستخدم ATP و NADPH في تفاعلات الظلام لتحويل CO₂ إلى كربوهيدرات.

أهم المصطلحات والتعريفات:

• الكلوروفيل: صبغة خضراء مسؤولة عن امتصاص الطاقة الضوئية.
• ATP: أدينوسين ثلاثي الفوسفات، جزيء الطاقة في الخلايا.
• NADPH: جزيء ناقل للإلكترونات يستخدم في تفاعلات الظلام.
• سلسلة نقل الإلكترونات: مجموعة من البروتينات الناقلة تنقل الإلكترونات لتكوين ATP.
• دورة كالفن: سلسلة من التفاعلات التي تحدث في سدى البلاستيدة وتُحوّل CO₂ إلى سكريات.

أسئلة وأجوبتها لفهم أعمق:

س: ما أهمية تفاعلات الضوء في البناء الضوئي؟
ج: لإنتاج ATP وNADPH الضروريين لتفاعلات الظلام، بالإضافة إلى إطلاق الأوكسجين كناتج ثانوي.

س: أين تحدث تفاعلات الضوء؟
ج: في أغشية الثايلاكويد داخل البلاستيدات الخضراء.

س: ما فائدة CO₂ في عملية البناء الضوئي؟
ج: يُستخدم في تفاعلات الظلام ليُحوّل إلى سكريات وكربوهيدرات.

س: لماذا تحتاج تفاعلات الظلام إلى تفاعلات الضوء؟
ج: لأنها تعتمد على الطاقة المختزنة في ATP و NADPH الناتجين من تفاعلات الضوء.

خلاصة المحاضرة

• عملية البناء الضوئي هي حجر الأساس في تغذية النباتات.
• تنقسم إلى تفاعلات الضوء وتفاعلات الظلام.
• يتم فيها تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية تُخزن في جزيئات مثل ATP و NADPH.
• يتم استخدام هذه الطاقة لاحقًا في تصنيع المواد العضوية الضرورية لنمو النبات.