ما هي المواد الكيميائية الناتجة عن عملية التركيب الضوئي؟
يُعتبر التركيب الضوئي (بالإنجليزية: Photosynthesis) العملية التي تعتمد عليها النباتات لاستغلال الطاقة الشمسية في إنتاج الجلوكوز. يتم خلال هذه العملية تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية، مما يجعلها ضرورية لجميع الكائنات الحية لاستمرارية الحياة، كما تعمل العملية على تحويل غاز ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي إلى غاز الأكسجين.
تستطيع النباتات امتصاص ثاني أكسيد الكربون (CO2) من الهواء عبر فتحات صغيرة تُعرف بالثغور، حيث يصل هذا الغاز إلى البلاستيدات الخضراء داخل الخلايا النباتية، ويندمج مع الماء وأشعة الشمس لتنفيذ عملية التركيب الضوئي. تنتج هذه العملية ثلاثة مواد كيميائية رئيسية هي: الجلوكوز، والأكسجين، والماء، ونستعرض فيما يلي أهم المعلومات المتعلقة بكل مادة منها:
الجلوكوز
يُعتبر الجلوكوز (بالإنجليزية: glucose) أو السكر البسيط أبرز نتاج لعملية التركيب الضوئي، وهو يُمثل التحويل النهائي للطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية داخل النباتات. يُخزن الجلوكوز الطاقة التي يمكن أن يستفيد منها النبات نفسه أو الكائنات الحية الأخرى التي تتغذى على النباتات.
الأكسجين
تنتج جزيئات الأكسجين (O2) من عملية التركيب الضوئي، حيث تُطلق إلى الغلاف الجوي عبر أوراق النباتات. يتضمن إطلاق الأكسجين انتقاله من الثغور الموجودة في الأوراق، ليصبح متاحًا للاستخدام من قبل الكائنات الحية الأخرى كالبشر والحيوانات والنباتات في عمليات التنفس الخلوي.
الماء
يُعَدّ الماء (H2O) أيضًا من المواد الكيميائية المنتجة خلال عملية التركيب الضوئي، وينتج هذه الماء نتيجة ارتباط ذرات الأكسجين من جزيئات ثاني أكسيد الكربون مع ذرات الهيدروجين الحرة، حيث يتم إطلاقه لاحقًا على هيئة بخار ماء من خلال الثغور في أوراق النباتات التي تُخرِج أيضًا غاز الأكسجين.
النتائج الكيميائية لمراحل التركيب الضوئي
يمكن تقسيم عملية التركيب الضوئي إلى مرحلتين رئيسيتين: المرحلة الأولى تُعرف بالتركيب الضوئي المعتمد على الضوء، وتُسمى تفاعلات الضوء، بينما المرحلة الثانية لا تعتمد على الضوء وتُسمى التفاعلات المظلمة. وفيما يلي توضيح لكلا المرحلتين وما تنتج كل منهما:
نتائج التفاعلات المعتمدة على الضوء
تُعرف التفاعلات المعتمدة على الضوء (بالإنجليزية: Light-Dependent Process) بتفاعلات الضوء، إذ تحتاج إلى ضوء الشمس لتتم، وتنتج عنها مادتان كيميائيتان هما:
- أدينوسين ثلاثي الفوسفات (بالإنجليزية: Adenosine triphosphate) (ATP)، والتي تُعتبر جزيئات الطاقة.
- نيكوتيناميد أدينين ثنائي نوكليوتيد الفوسفات (بالإنجليزية: Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) (NADPH).
في هذه المرحلة، يتم تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية مخزنة في جزيئات (ATP) و(NADPH)، حيث تُستخدم هذه المنتجات لاحقًا في المرحلة الثانية من التركيب الضوئي.
نتائج التفاعلات غير المعتمدة على الضوء
تُعتبر المرحلة الثانية من عملية التركيب الضوئي، والتي لا تعتمد على الضوء (بالإنجليزية: Light-Independent Process)، مُسمَّاة أيضًا بالتفاعلات المظلمة. خلال هذه المرحلة، يتم استخدام الطاقة المخزنة في جزيئات الطاقة الناتجة من المرحلة الأولى (ATP) و(NADPH) لتمزيق بعض الروابط الكيميائية وتشكيل روابط جديدة، مما يؤدي إلى إنتاج ما يلي:
- الجلوكوز
ينتج الجلوكوز نتيجة تكسير روابط ثاني أكسيد الكربون وترتبط ذرات الكربون (C) بجزيئات الماء.
- الماء
ينتج الماء نتيجة ارتباط ذرات الأكسجين في جزيء ثاني أكسيد الكربون مع ذرات الهيدروجين الحرة.
- غاز الأكسجين
يتم إنتاج غاز الأكسجين نتيجة تحلل جزيئات الماء، حيث يتم إطلاق ذرات الأكسجين إلى الغلاف الجوي.
معادلة التركيب الضوئي
تحصل عملية التركيب الضوئي من خلال امتصاص النباتات لثاني أكسيد الكربون بواسطة أوراقها، بالإضافة إلى الماء من التربة عبر جذورها وأشعة الشمس، لإنتاج سكر الجلوكوز والماء وغاز الأكسجين. تُعبر المعادلة الكيميائية الموزونة لعملية التركيب الضوئي عن ذلك كما يلي:
12 جزيء ماء + 6 جزيئات ثاني أكسيد الكربون + طاقة ضوئية ← 1 جزيء جلوكوز + 6 جزيئات ماء + 6 جزيئات أكسجين
وباستخدام الرموز:
C₆H₁₂O₆ + 6H₂O + 6O₂ ← light energy + 6CO₂ + 12H₂O
حيث أن:
- H₂O: جزيء الماء.
- CO₂: جزيء ثاني أكسيد الكربون.
- light energy: الطاقة الضوئية.
- O₂: غاز الأكسجين.
- C₆H₁₂O₆: سكر الجلوكوز.