البناء الضوئي (photosynthesis)

اشعة الشمس وعملية البناء الضوئي

عملية البناء الضوئي (photosynthesis) هي عبارة عن عملية تسخير واستخدام الطاقة الضوئية الشمسية لتشغيل مسارات البناء التي تنتج مواد عضوية حيث تستخدم كطاقة كيميائية في وقت لاحق . تدعى الكائنات التي تستخدم الطاقة الضوئية بضوئية التغذية (phototrophic) و التي بمعظمها تكون من النباتات و الطحالب و البكتيريا المممثلة للضوء ،و هي التي تسخر الطاقة الضوئية لكن تستخدم المواد العضوية الاولية و هي ثاني اكسيد الكربون و الماء .

الهدف من عملية البناء الضوئي هو انتاج الطاقة  ATP و انتاج NADPH ، كما يعتبر الاوكسجين كناتج ثانوي .

يشتمل البناء الضوئي على عمليتين اساسيتين و هما عملية نقل الطاقة  energy transduction reaction: التي يمتص فيها الضوء بفعل الكلوروفيل و يتم تحويله لطاقة كيميائية ATP and NADPH  ، و عملية تثبيت الكربون carbon assimilation reaction or carbon fixation reaction و هي المختصة  بحلقة كلفن calvin cycle  و التي يتم فيها اكسدة ذرات الكربون و تثبيتها مشكلة بذلك الكربوهيدرات (carbohydrates) . تتم هذه العمليات الايضية اما في البلاستيدات (plastids) في حقيقات النوى او في غشاء خاص في البكتيريا ذاتية التغذية الضوئية (photoautotrophic).

تترتب العملية كالاتي :

1.عملية نقل الطاقة : energy transduction reaction

تتم عملية نقل الطاقة على عدة مراحل :

أ. light harvesting  تجميع الضوء

حيث يتم تجميع الفوتونات الضوئية التي تي تملك طولا موجيا مرئيا عبر الصبغات (pigments) مثل كلوروفيل أ و كلوروفيل ب .تنتقل طاقة الفوتون لالكترون ويتم تحفيزه (excited) لينتقل من مستوى طاقة منخفض(low energy orbital) الى مستوى طاقة اعلى (high energy orbital) و يقوم بتفريغ طاقته اثناء عودته هذه العملية تسمى ب photo excitation . تمتاز كل صبغة بامتصاصها الفوتونات على طول موجي معين ، على سبيل المثال كلوروفيل أ يمتلك مجالا واسعا من الاطوال الموجية تتراوح بين 420-660 nm.

ب. سلسلة نقل الالكترون و تشكيل الNADPH - electron transport  chain and proton pumping:

و هي سلسلة من نواقل الإلكترونات تعمل على نقل الإلكترونات المحفزة من  الكلوروفيل الى coenzyme +NADP ، لتشكل NADPH وهي الهيئة المختزلة من +NADP وهذه العملية تعرف بالاختزال الضوئي (photoreduction) حيث تتدفق الالكترونات نحو الجزئات ذات القدره الاختزالية العالية ، وجزء من طاقتها يتم استخدامها بواسطة مضخات البروتونات على الثايلاكويد (thylakoid) 
تنتقل الالكترونات من النظام الضوئي الأول الى ferredoxin ثم الى +NADP لتولد طاقة اختزالية على هيئة NADPH.

النظام الضوئي الاول والثاني

و لتكن موضحة بالخطوات   الأتية : 

1.النظام الضوئي الثاني photosystem II يقوم بنقل الإلكترونات من جزيء الماء الى plastoquinone

2.تقوم تشكيلة السايتوكروم b6/f  ( cytochromeb6/f complex ) بنقل الالكترونات من plastoquinone الى  plastocyanin .

3.يقوم النظام الضوئي الأول بنقل الالكترونات من  plastocyaninالى ferredoxin

4. ال ferrodoxin-NADP+ Reductase  يعمل على اختزال NADP+

synthesis of ATP in stroma

ج.تشكيل ال ATP . (Synthesis of ATP)

تعمل قناة بروتونات ATP synthase complex (CF0CF1)   على دمج عملية نقل البروتونات من حشوة الثايلاكويدات الى الستروما مع انتاج ال ATP  و اللذي يبقى في الستروما كي يوفر طاقة لعملية تثبيت الكربون .

2.عملية تثبيت الكربون 

أ. حلقة كلفن (calvin cycle)

تتلخص حلقة كلفن في الخطوات الأساسية الثلاث الاتية :

1.ثاني اكسيد الكربون يدخل الحلقة عبر عملية carboxylation of Ribulose-1,5-Bisphosphate

2.اختزال ال 3-Phosphoglycerate  ليشكلPhosphate  Glyceraldehyde-3-

3. اعادة تشكيل ال Ribulose-1,5-Bisphosphate لأجل استمرارية الحلقة .

ب. تشكيل النشا (starch)  في الستروما (chloroplast stroma)

جـ. تشكيل السكروز (sucrose)  في السيتوسول (cytosol)

حلقة كالفن

#خلاصة

*يجب توفر ما يلي من اجل حدوث عملية البناء الضوئي :

-الطاقة الضوئية (اشعة الشمس)

-H2O (عنصر الماء)

-CO2 (ثاني اكسيد الكربون)

-صبغة الكلوروفيل الموجودة في بلاستيدات النبات

*ما الذي يمكن ان يؤثر على عملية البناء الضوئي بشكل سلبي ؟

-الطاقة الضوئية المنبعثة من الشمس شدتها ولون الضوء الساقط منها ودرجة الحرارة .

-ثاني اكسيد الكربون : زيادة تركيز غاز CO2

-كمية الماء : حيث قلة الماء في التربة و النبات يمكن ان تؤثر على فعالية عملية البناء الضوئي .

ملاحظة : انخفاض تركيز غاز ثاني اكسيد الكربون في الجو يدل على حدوث عملية ابناء الضوئي (برهان) بالاضافة الى وجود و تكون الاكسجين حولنا.