النبات الأخضر لا يأكل ولا يشرب كما نفعل، ومع ذلك ينمو ويكبر. السر في التركيب الضوئي: العملية التي تحوّل بها النباتات الطاقة الضوئية القادمة من الشمس إلى طاقة كيميائية كامنة مخزنة في جزيئات عضوية كالغلوكوز، مع تحرير الأكسجين الذي نتنفسه. وهي الوحدة الأولى في برنامج العلوم الطبيعية للسنة الثالثة ثانوي، ومن أكثر الموضوعات تكرارًا في البكالوريا. تعرض هذه الصفحة ملخصًا مرتبًا: مقر العملية، ثم المرحلة الكيموضوئية، ثم المرحلة الكيمو حيوية، ثم المعادلة الإجمالية، وتنتهي بأخطاء متكررة وأسئلة محلولة.
مقر التركيب الضوئي: الصانعة الخضراء
تتم العملية في الصانعات الخضراء (البلاستيدات الخضراء) في خلايا الأوراق. وتتكون من:
- غشاءين خارجي وداخلي.
- الحشوة (السدى): السائل الذي تحويه، وفيها تحدث المرحلة الكيمو حيوية.
- التيلاكويدات: أكياس مسطحة مكدسة على شكل أقراص، وعلى أغشيتها تحدث المرحلة الكيموضوئية، وهي تحوي الأنظمة الضوئية (بها اليخضور) ونواقل الإلكترونات وATP سنتاز.
وتنقسم العملية إلى مرحلتين: كيموضوئية تحتاج إلى الضوء، وكيمو حيوية لا تحتاجه مباشرة.
المرحلة الكيموضوئية (على غشاء التيلاكويد)
الضوء يمتصه اليخضور في الأنظمة الضوئية (PSII ثم PSI)، فتحدث الأحداث التالية:
- التحلل الضوئي للماء: يتفكك الماء إلى بروتونات
H⁺وإلكترونات وأكسجين:
2H₂O → 4H⁺ + 4e⁻ + O₂
والأكسجين الناتج يتحرر إلى الجو. وهذا يثبت أن الأكسجين مصدره الماء وليس CO₂.
-
انتقال الإلكترونات من النظام الضوئي إلى سلسلة النواقل على غشاء التيلاكويد، فتتحرر طاقة تستعمل لضخ البروتونات
H⁺إلى داخل التيلاكويد، فيتولد تدرج في تركيز البروتونات (داخل التيلاكويد أكثر حمضية من الحشوة). -
الفسفرة الضوئية: تعود البروتونات من التجويف إلى الحشوة عبر بروتين ATP سنتاز، وهذا التدفق يوفر الطاقة لتركيب
ATPمنADP + Pi. -
اختزال المستقبل النهائي: تنتقل الإلكترونات في النهاية إلى المستقبل
NADP⁺الذي يُختزل إلىNADPH,H⁺.
الحصيلة: الطاقة الضوئية تحولت إلى طاقة كيميائية مخزنة في ATP وNADPH,H⁺، وهذان يُستعملان في المرحلة التالية.
المرحلة الكيمو حيوية (حلقة كالفن في الحشوة)
لا تحتاج إلى الضوء مباشرة بل إلى ATP وNADPH,H⁺ الناتجين عن المرحلة الأولى. وخطواتها:
- تثبيت
CO₂: يرتبطCO₂بالسكر الخماسي ثنائي الفوسفات RuBP بوجود الإنزيم روبيسكو، فيتكون مركب غير مستقر يتفكك إلى جزيئتين من حمض الفوسفوغليسيريك (APG). - الاختزال: يختزل
APGبواسطةNADPH,H⁺وبطاقةATPإلى سكر ثلاثي الفوسفات (TP). - التجديد والتركيب: تُستعمل أغلب جزيئات
TPلإعادة تكوينRuBP(ما يغلق الحلقة)، والباقي يخرج لتركيب الغلوكوز والنشاء وبقية المركبات العضوية.
المعادلة الإجمالية
6CO₂ + 12H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O
في وجود الضوء. وبعد حذف الماء المشترك بين الطرفين تؤول المعادلة إلى 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.
ملخص تحويل الطاقة
| المرحلة | المقر | ما تحتاجه | ما تنتجه |
|---|---|---|---|
| الكيموضوئية | غشاء التيلاكويد | الضوء والماء وADP وNADP⁺ |
O₂ وATP وNADPH,H⁺ |
| الكيمو حيوية | الحشوة | CO₂ وATP وNADPH,H⁺ |
مركبات عضوية (غلوكوز) وADP وNADP⁺ |
أخطاء شائعة
- القول إن الأكسجين المتحرر يأتي من
CO₂. هو يأتي من تحلل الماء. - القول إن المرحلة الكيمو حيوية تحدث في الظلام فقط. هي لا تحتاج الضوء مباشرة لكنها تعتمد على نواتج المرحلة الضوئية.
- الخلط بين مقر المرحلتين: التيلاكويد للضوئية والحشوة للكيمو حيوية.
- نسيان اختزال
NADP⁺ودوره في نقل الإلكترونات. - القول إن
ATPالناتج يستعمل في الخلية كلها، وهو يستعمل في الحلقة داخل الصانعة. - نسيان دور
ATPسنتاز في الفسفرة.
أسئلة للتدرب
- أين تحدث كل مرحلة من مرحلتي التركيب الضوئي؟
- ما مصدر الأكسجين المتحرر؟ وكيف نثبت ذلك؟
- ما دور تدرج البروتونات؟
- ما نواتج المرحلة الكيموضوئية التي تستعمل في المرحلة الكيمو حيوية؟
- اكتب المعادلة الإجمالية.
الأجوبة النموذجية:
- الكيموضوئية على غشاء التيلاكويد، والكيمو حيوية في الحشوة.
- مصدره الماء، ويثبت ذلك استعمال ماء موسوم بنظير الأكسجين فيظهر النظير في
O₂المتحرر. - يوفر الطاقة لـ
ATPسنتاز لتركيبATP. ATPوNADPH,H⁺.6CO₂ + 12H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O.
الشرح المصوّر
لمن يفضل المتابعة بالصوت والصورة، يقدم رحمن طالحي في فيديو «مراجعة التركيب الضوئي في أقل من 15 دقيقة» هذا الملخص في نحو أربع عشرة دقيقة، موضحًا أن عنوان الوحدة هو تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية كامنة، ويعرض الصانعة الخضراء وغشاء التيلاكويد والأنظمة الضوئية ونواقل الإلكترونات والماء والمستقبل والـ ATP.
وللتوسع، اطلع على هذه الملفات في الموقع: