العلوم
ما البناء الضوئي؟
تستعمل النباتات طاقة الضوء لبناء الغلوكوز من ثاني أكسيد الكربون والماء، فتُطلق الأكسجين. المعادلة بالكلمات وبالرموز، والمرحلتان، والعوامل التي تحدّ من المعدل.
الإجابة باختصار
البناء الضوئي هو العملية التي تستعمل بها النباتات والطحالب وبعض البكتيريا طاقة الضوء لبناء السكر من ثاني أكسيد الكربون والماء، مع إطلاق الأكسجين. ويحدث في البلاستيدات الخضراء، حيث يمتص الكلوروفيل الضوء. والتفاعل الإجمالي هو 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.
الطريقة، خطوة بخطوة
ابدأ بما يدخل وما يخرج
قبل أي آلية، ثبِّت المدخلات والمخرجات: ثاني أكسيد الكربون والماء داخلًا، والغلوكوز والأكسجين خارجًا، والضوء مصدرًا للطاقة والكلوروفيل صبغةً تلتقطه. فكل سؤال امتحان تقريبًا صيغة من صيغ هذه الجملة، والطالب المتمكّن منها لديه ما ينطلق منه في الاستدلال.
حدِّد موضعه داخل الورقة
يحدث التفاعل في البلاستيدات الخضراء، وهي متركّزة في خلايا النسيج العمادي قرب السطح العلوي للورقة حيث الضوء أقوى. ومعرفة الموضع تفسّر بنية الورقة — فالسطح العريض المسطّح، والطبقة العلوية الشفافة، والثغور في الأسفل لتبادل الغازات كلها نتائج له.
افصل بين المرحلتين
معاملة البناء الضوئي تفاعلًا واحدًا تخفي الجزء الذي يفسّر المخرجات. فالمرحلة المعتمدة على الضوء تحدث في أغشية الثايلاكويد وتحتاج إلى الضوء مباشرة؛ والمرحلة غير المعتمدة على الضوء تحدث في الحشوة ولا تحتاج إليه. والأولى وحدها تطلق الأكسجين، والثانية وحدها تبني السكر.
تتبّع إلى أين تذهب الذرات
الأكسجين المنطلق يأتي من تحلّل الماء لا من ثاني أكسيد الكربون — وهي تفصيلة تستحق التمسّك بها لأنها حيث تكفّ المعادلة عن كونها صيغة وتصير وصفًا. فالكربون الذي في الغلوكوز يأتي من ثاني أكسيد الكربون، والهيدروجين يأتي من الماء.
اربط المعدل بما يحدّ منه
يُمتحَن البناء الضوئي بالرسوم البيانية بقدر ما يُمتحَن بالمعادلات، وتلك الرسوم موضوعها العوامل المحدِّدة. فزيادة شدة الضوء ترفع المعدل حتى ينفد شيء آخر، فيستوي الخط عندئذٍ. وقراءة العامل المحدِّد من موضع استواء الرسم هي المهارة التي تُختبَر.
المعادلة، بالكلمات وبالرموز
بالكلمات: ثاني أكسيد الكربون زائد الماء، بوجود طاقة الضوء والكلوروفيل، ينتج غلوكوز زائد أكسجين. وبالرموز: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂. ويُكتب الضوء والكلوروفيل فوق السهم وتحته لا بوصفهما متفاعلين، لأن أيًّا منهما لا يُستهلك.
ويستحق الوزن أن يُقرأ لا أن يُحفظ. فست ذرات كربون لازمة لبناء سكر سداسي الكربون، وهذا يثبّت العدد 6 أمام ثاني أكسيد الكربون، وجزيئات الأكسجين الستة المنطلقة ترجع إلى جزيئات الماء الستة المتحلّلة.
- المتفاعلات — ثاني أكسيد الكربون (من الهواء عبر الثغور) والماء (من الجذور)
- الظروف — طاقة الضوء، يمتصها الكلوروفيل
- النواتج — الغلوكوز، ويُستعمل في التنفس والنمو والتخزين؛ والأكسجين، ويُطلق ناتجًا عرَضيًا
المرحلتان، ولماذا يهمّ التمييز بينهما
تحدث التفاعلات المعتمدة على الضوء في أغشية الثايلاكويد داخل البلاستيدة الخضراء. فطاقة الضوء تحلّل جزيئات الماء، وهذا يطلق الأكسجين الذي يغادر النبات، وتُخزَّن الطاقة الملتقطة مؤقتًا على صورة ATP وNADPH.
أما التفاعلات غير المعتمدة على الضوء، المعروفة بدورة كالفن، فتحدث في الحشوة — السائل المحيط بالثايلاكويدات. وهنا يُثبَّت ثاني أكسيد الكربون في صورة سكر باستعمال الـ ATP والـ NADPH المنتَجين في المرحلة الأولى. والاسم دقيق: فهذه المرحلة لا تحتاج إلى الضوء مباشرة، لكنها تتوقف من دون نواتج المرحلة التي تحتاج إليه.
ما الذي يحدّ من المعدل
ثلاثة عوامل تحدّ عادةً من معدل البناء الضوئي، وفي أي لحظة يكون أحدها هو القيد. ورفع الآخرين لا يغيّر شيئًا حتى يُرفع العامل المحدِّد، وهذا بالضبط ما يعرضه المنحنى المستوي في رسم الامتحان.
وتسلك الحرارة سلوكًا مختلفًا عن العاملين الآخرين، ويستحق السبب توضيحًا. فالضوء وثاني أكسيد الكربون ينتجان منحنى يرتفع ثم يستوي. أما الحرارة فتنتج منحنى يرتفع ويبلغ ذروة ثم يهبط، لأن الإنزيمات المتحكمة في التفاعل تتمسّخ عند الحرارات المرتفعة.
- شدة الضوء — يرتفع المعدل مع زيادة الضوء حتى يصير عامل آخر محدِّدًا
- تركيز ثاني أكسيد الكربون — هو العامل المحدِّد عادةً في الخارج في يوم مشمس
- الحرارة — ترفع المعدل حتى مستوى أمثل، ثم يهبط المعدل مع تمسّخ الإنزيمات
لماذا يقع في أساس كل ما عداه
البناء الضوئي هو مدخل معظم الطاقة في النظم الحية. فالغلوكوز الذي يبنيه النبات يصير مصدر الطاقة لتنفسه هو، ثم عبر السلاسل الغذائية للكائنات التي تأكله. والسؤال عن الشبكات الغذائية أو الكتلة الحيوية أو دورة الكربون هو سؤال عن هذا التفاعل بدرجة واحدة من البعد.
وهو يفسّر أيضًا تركيب الغلاف الجوي الذي يُسأل عنه الطلاب في الكيمياء. فالأكسجين المنطلق هنا هو الأكسجين نفسه المستعمل في التنفس والاحتراق، ولهذا كثيرًا ما تُمتحَن العمليتان معًا.
أسئلة شائعة
ما معادلة البناء الضوئي؟
بالكلمات: ثاني أكسيد الكربون + ماء → غلوكوز + أكسجين، بوجود الضوء والكلوروفيل. وبالرموز: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂. ويُكتب الضوء والكلوروفيل عند السهم لا بوصفهما متفاعلين، لأن أيًّا منهما لا يُستهلك في التفاعل.
أين يحدث البناء الضوئي في النبات؟
في البلاستيدات الخضراء، وأكثفها في خلايا النسيج العمادي قرب أعلى الورقة حيث الضوء أقوى. وداخل البلاستيدة، تحدث المرحلة المعتمدة على الضوء في أغشية الثايلاكويد والمرحلة غير المعتمدة عليه في الحشوة المحيطة بها.
من أين يأتي الأكسجين الذي يطلقه النبات؟
من الماء لا من ثاني أكسيد الكربون. ففي المرحلة المعتمدة على الضوء، تحلّل طاقة الضوء جزيئات الماء فتقترن ذرات الأكسجين المنطلقة وتغادر النبات. أما ثاني أكسيد الكربون فيزوّد الكربون الذي ينتهي في الغلوكوز.
ما العوامل المحدِّدة للبناء الضوئي؟
شدة الضوء وتركيز ثاني أكسيد الكربون والحرارة. وفي أي لحظة يكون أحدها هو الذي يخفض المعدل، وزيادة الآخرين لا أثر لها حتى يُرفع ذلك العامل. وعلى الرسم البياني، النقطة التي يستوي عندها الخط هي حيث صار عامل مختلف محدِّدًا.
هل تتنفس النباتات كما تبني ضوئيًا؟
نعم، باستمرار، ليلًا ونهارًا. والبناء الضوئي لا يحدث إلا في الضوء، فالنبات السليم في النهار يبني ضوئيًا أسرع مما يتنفس ويطلق أكسجينًا في المحصلة. وفي الظلام يستمر التنفس وحده، فيأخذ النبات الأكسجين.
المصادر
- 8.1 Overview of Photosynthesis — Biology 2e — OpenStax, Rice University
آخر تحديث
ما زلت متعثّراً في هذا؟
يمكن للمعلّم أن يتابعك مباشرة وأنت تحلّ ويرى بالضبط أين يختلّ الأمر. الحصة الأولى مجانية.