عملية التمثيل الضوئي هي العملية التي تستخدمها النباتات والطحالب وبعض أنواع البكتيريا لتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية على شكل جلوكوز (سكر). تُعتبر هذه العملية أساسية للحياة على الأرض لأنها تُنتج معظم الأكسجين الذي نتنفسه وتُشكل أساس معظم سلاسل الغذاء.

إليك تفصيلًا لعملية التمثيل الضوئي :

المكونات الأساسية:

*

الضوء:

مصدر الطاقة الرئيسي للعملية. يمتص الصباغ الأخضر المسمى الكلوروفيل الضوء، وخاصةً الأطوال الموجية الحمراء والزرقاء.
*

الماء:

يتم امتصاص الماء من التربة بواسطة الجذور وينقل عبر النبات إلى الأوراق. يستخدم الماء كمصدر للإلكترونات في تفاعلات التمثيل الضوئي.
*

ثاني أكسيد الكربون:

يدخل ثاني أكسيد الكربون من الهواء إلى الأوراق عبر الثغور (مسام صغيرة على سطح الأوراق).
*

الكلوروفيل:

الصباغ الأخضر الذي يمتص الطاقة الضوئية. يوجد في البلاستيدات الخضراء داخل خلايا النبات.

المراحل:

تتكون عملية التمثيل الضوئي من مرحلتين رئيسيتين:

1-مرحلة الضوء (تفاعلات معتمدة على الضوء): تحدث هذه المرحلة في الغشاء الثايلاكويدي داخل البلاستيدات الخضراء. وتتضمن:
*

امتصاص الضوء:

يمتص الكلوروفيل الطاقة الضوئية.
*

تحليل الماء (photolysis):

يتم تحليل جزيئات الماء إلى أكسجين (يُطلق في الجو)، وإلكترونات، وبروتونات (H+).
*

توليد ATP و NADPH:

تُستخدم الطاقة الضوئية المُمتصة لتحويل ADP إلى ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) وهو جزيء تخزين الطاقة، و NADP+ إلى NADPH (نيكوتيناميد أدينين ثنائي النوكليوتيد فوسفات) وهو جزيء يحمل الإلكترونات.

2-مرحلة الظلام (تفاعلات مستقلة عن الضوء - دورة كالفن): تحدث هذه المرحلة في الستروما (السائل المحيط بالغشاء الثايلاكويدي) داخل البلاستيدات الخضراء. وتتضمن:
*

ثبوت الكربون:

يتم تثبيت ثاني أكسيد الكربون من الجو باستخدام جزيء يسمى RuBP (ريبولوز-1،5-بيسفوسفات).
*

تكوين السكريات:

تُستخدم الطاقة المُخزنة في ATP و NADPH من مرحلة الضوء لتحويل جزيئات الكربون الثابتة إلى جزيئات جلوكوز (سكر).

المنتجات:

المنتجات الرئيسية لعملية التمثيل الضوئي هي:

*

الجلوكوز (C6H12O6):

سكر يُستخدم كغذاء للنبات وكمصدر للطاقة.
*

الأكسجين (O2):

يُطلق في الجو كمنتج ثانوي.

العوامل المؤثرة:

تتأثر عملية التمثيل الضوئي بعدة عوامل، منها:

*

شدّة الضوء:

تزداد كفاءة التمثيل الضوئي مع زيادة شدّة الضوء حتى نقطة التشبع.
*

طول الموجة للضوء:

الضوء الأحمر والأزرق أكثر فعالية من الضوء الأخضر.
*

تركيز ثاني أكسيد الكربون:

زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون تُسرّع عملية التمثيل الضوئي حتى نقطة التشبع.
*

درجة الحرارة:

تؤثر درجة الحرارة على إنزيمات عملية التمثيل الضوئي.
*

كمية الماء:

نقص الماء يُؤثر سلباً على عملية التمثيل الضوئي.


باختصار، عملية التمثيل الضوئي هي عملية حيوية معقدة تُحوّل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية، وتُعتبر أساس الحياة على الأرض.