التركيب الضوئي: المرحلة اللاضوئية (دورة كالفن) — علوم الطبيعة والحياة — الثانية ثانوي — المنهاج الجزائري

التركيب الضوئي: المرحلة اللاضوئية (دورة كالفن) – علوم الطبيعة والحياة

الأهداف التعليمية:

• التعرف على مراحل دورة كالفن (Calvin Cycle) في البناء الضوئي.
• فهم دور الطاقة الكيميائية (ATP و NADPH) المنتجة في المرحلة الضوئية.
• تتبع مسار تثبيت ثاني أكسيد الكربون وتحويله إلى جلوكوز.
• حساب نواتج دورة كالفن من حيث الجزيئات المنتجة.
• ربط المعلومات بتمارين بكالوريا وامتحانات.

1. تمهيد: من المرحلة الضوئية إلى المرحلة اللاضوئية

التركيب الضوئي (البناء الضوئي) هو العملية التي تحول بها النباتات الخضراء الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية مخزنة في الروابط العضوية. يتم ذلك في مرحلتين: المرحلة الضوئية (تحدث في أغشية الثايلاكويدات) وتنتج ATP و NADPH والأكسجين، والمرحلة اللاضوئية (تحدث في ستروما البلاستيدات الخضراء) وتستخدم ATP و NADPH لتثبيت CO₂ وتحويله إلى جلوكوز.

تُسمى المرحلة اللاضوئية أيضاً بدورة كالفن (Calvin Cycle) نسبة إلى العالم ميلفن كالفن الذي اكتشفها عام 1948 وحصل على جائزة نوبل عام 1961.

2. مراحل دورة كالفن

تتكون دورة كالفن من ثلاث مراحل رئيسية:

أ. مرحلة تثبيت الكربون (Carbon Fixation)

يدخل جزيء CO₂ من الجو ويتم تثبيته بواسطة إنزيم Rubisco (روبيسكو) على جزيء RuBP (ريبولوز ثنائي الفوسفات، وهو سكر خماسي الكربون C₅). الناتج هو جزيء غير مستقر سداسي الكربون (C₆) ينقسم فوراً إلى جزيئين من حمض الفوسفوغليسيريك PGA (C₃).

ب. مرحلة الاختزال (Reduction Phase)

يتم تحويل PGA إلى G3P (غليسيرالدهيد ثلاثي الفوسفات، وهو سكر ثلاثي الكربون C₃) باستخدام ATP و NADPH القادمين من المرحلة الضوئية. في هذه المرحلة، يُستهلك ATP لإضافة مجموعة فوسفات، ويُستخدم NADPH للاختزال (إضافة إلكترونات).

ج. مرحلة تجديد RuBP (Regeneration Phase)

تتحد 5 جزيئات من G3P (C₃) لتكوين 3 جزيئات من RuBP (C₅)، مع استهلاك 3 جزيئات ATP. هذا يضمن استمرار الدورة.

3. خلاصة الطاقة في دورة كالفن

لإنتاج جزيء واحد من الجلوكوز (C₆H₁₂O₆)، تحتاج دورة كالفن إلى:

• 6 جزيئات CO₂
• 18 جزيء ATP (من المرحلة الضوئية)
• 12 جزيء NADPH (من المرحلة الضوئية)

المعادلة الإجمالية للبناء الضوئي:

6CO₂ + 12H₂O + الطاقة الضوئية → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O

4. الفرق بين نباتات C₃ و C₄

معظم النباتات (القمح، الأرز، فول الصويا) هي نباتات C₃، حيث يتكون أول ناتج ثابت من 3 ذرات كربون (PGA). في المقابل، تتبع نباتات C₄ (مثل الذرة وقصب السكر) مساراً إضافياً قبل دورة كالفن لتثبيت CO₂ في خلايا خاصة، مما يزيد من كفاءة البناء الضوئي في الظروف الحارة والجافة.

5. تمرين بكالوريا محلول

التمرين: احسب عدد جزيئات ATP و NADPH اللازمة لتخليق 3 جزيئات من الجلوكوز في دورة كالفن.

الحل:

• لإنتاج جزيء جلوكوز واحد: 18 ATP + 12 NADPH
• لإنتاج 3 جزيئات جلوكوز: 18 × 3 = 54 ATP و 12 × 3 = 36 NADPH
• عدد دورات كالفن اللازمة: 3 × 6 = 18 دورة

الخلاصة:

• دورة كالفن هي المرحلة اللاضوئية من البناء الضوئي وتحدث في ستروما البلاستيدات الخضراء.
• تستخدم ATP و NADPH المنتجين في المرحلة الضوئية لتثبيت CO₂ وإنتاج الجلوكوز.
• تتكون من ثلاث مراحل: التثبيت، الاختزال، والتجديد.
• إنزيم Rubisco هو المفتاح في عملية تثبيت الكربون.
• هذا الموضوع هام في بكالوريا علوم طبيعة وحياة وعلوم تجريبية.

📍 دروس مشابهة:

• التفاعلات الضوئية في التركيب الضوئي: امتصاص الضوء وسلسلة نقل الإلكترونات
• آلية التركيب الضوئي: المرحلة الضوئية والمرحلة اللاضوئية