آلية التركيب الضوئي: المرحلة الضوئية والمرحلة اللاضوئية – الثالثة ثانوي (بكالوريا)

آلية التركيب الضوئي: المرحلة الضوئية والمرحلة اللاضوئية

الأهداف التعليمية:

• فهم آلية تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية
• التمييز بين المرحلة الضوئية والمرحلة اللاضوئية
• شرح دور اليخضور (الكلوروفيل) في امتصاص الضوء

1. مقدمة عن التركيب الضوئي

التركيب الضوئي (photosynthèse) هو العملية التي تقوم بها النباتات الخضراء والطحالب وبعض البكتيريا لتحويل الطاقة الضوئية (الشمسية) إلى طاقة كيميائية مختزنة في جزيئات عضوية (سكريات). تتم هذه العملية في البلاستيدات الخضراء (chloroplastes) التي تحتوي على صباغ اليخضور (الكلوروفيل أ و ب) والكاروتينويدات. المعادلة العامة للتركيب الضوئي: 6CO₂ + 6H₂O + طاقة ضوئية → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.

2. المرحلة الضوئية (تفاعلات الضوء)

تحدث في أغشية الثايلاكويد (thylakoïdes) داخل البلاستيدات الخضراء، وتتطلب وجود الضوء مباشرة. خلال هذه المرحلة تحدث العمليات التالية:

• امتصاص الطاقة الضوئية بواسطة اليخضور والصبغات المساعدة (الأصبغة اليخضورية)
• إثارة الإلكترونات (électrons excités) ونقلها عبر سلسلة نقل الإلكترونات (chaîne de transport d’électrons)
• تحليل جزيئات الماء (photolyse de l’eau) إلى أكسجين وبروتونات وإلكترونات: 2H₂O → 4H⁺ + 4e⁻ + O₂
• إنتاج ATP و NADPH₂ عبر الفسفرة الضوئية (photophosphorylation)

الفسفرة الضوئية نوعان: لادرورية (غير حلقية cyclique) تنتج ATP و NADPH₂، ودورية تنتج ATP فقط.

3. المرحلة اللاضوئية (دورة كالفن)

تحدث في سدى البلاستيدات الخضراء (stroma) ولا تحتاج إلى الضوء مباشرة لكنها تحتاج إلى ناتجي المرحلة الضوئية (ATP و NADPH₂). تتضمن هذه المرحلة ثلاث مراحل فرعية:

• التثبيت (fixation): تثبيت CO₂ على مركب خماسي الكربون (RuBP) بمساعدة أنزيم RubisCO لتكوين مركب سداسي كربون غير مستقر يتحول إلى جزيئين من PGA (3-فوسفوغليسيرات)
• الاختزال (réduction): تحويل PGA إلى PGAL (غليسرالدهيد-3-فوسفات) باستخدام ATP و NADPH₂
• التجديد (régénération): تجديد RuBP وإنتاج الجلوكوز (C₆H₁₂O₆) من تكاثف جزيئات PGAL

4. عوامل مؤثرة في التركيب الضوئي

شدة الضوء: تزداد سرعة التركيب الضوئي بازدياد شدة الضوء حتى حد الإشباع ثم تثبت. تركيز CO₂: يعد عاملاً محدِّداً رئيسياً. درجة الحرارة: للإنزيمات دور أساسي (خاصة RubisCO) لذا فهي حساسة للحرارة. توفر الماء: نقص الماء يقلل فتح الثغور ويحد من دخول CO₂. تركيز الأكسجين: ظاهرة التنفس الضوئي (photorespiration) تستهلك O₂ وتقلل كفاءة البناء الضوئي.

تمارين بكالوريا محلولة

التمرين 1: أُضيء نبات مائي بمصباح قوي، فلوحظ تصاعد فقاعات غازية. ما الغاز؟ وماذا يحدث عند إيقاف الإضاءة؟

الحل: الغاز هو الأكسجين O₂ الناتج عن تحليل الماء في المرحلة الضوئية. عند إيقاف الإضاءة تتوقف المرحلة الضوئية ويتوقف إطلاق O₂. مع بقاء CO₂ متاحاً، تستمر دورة كالفن (المرحلة اللاضوئية) ببطء إلى أن تستنفد مخزون ATP و NADPH₂ المتولد قبل إطفاء الضوء.

الخلاصة:

التركيب الضوئي عملية حيوية معقدة يتكامل فيها مرحلتان: ضوئية (تنتج O₂ و ATP و NADPH₂) ولاضوئية (تثبت CO₂ وتنتج السكريات). فهم هذه الآليات شرط أساسي لتفسير تدفق الطاقة في النظم البيئية وإنتاجية المحاصيل الزراعية.