بحث عن ظƒظپط§ط،ط© ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ الضوئي
ميكانيكية ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ الضوئي …
منذ أن بدأ الإنسان يعي أهمية ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ ط§ظ„ط¶ظˆط¦ظٹ بأ في وضع النظريات التي تشرح ميكانيكية ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ ط§ظ„ط¶ظˆط¦ظٹ ومحاولة اثبات صحة هذه النظريات .
وقد كانت نظرية الفورمالدهيد هي أولى النظريات التي اقترحت في هذا المجال ، وتفترض أنه على سطح البلاستيدات الخضراء وفي وجود الضوء يتم اختزال جزيء ثاني أكسيد الكربون إلى جزيء أو أكسيد الكربون مع انطلاق ذرة أكسجين .
ثم في خطوة تالية يتفاعل جزيء أكسجين الملتصق بالبلاستيدة مع جزيء من الماء فيتكون جزيءالفورمالدهيد وتتصاعد ذرة أخرى من الأكسجين، وفي الخطوة الأخيرة من ميكانيكة ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ ط§ظ„ط¶ظˆط¦ظٹ تتجمع 6 جزيئات من الفورمالدهيد ليتكون بذلك جزيء واحد من السكر السداسي ، الجلوكوز .
وتتمثل هذه النظرية في المعادلات الآتية :
ثاني أكسيد الكربون —- +طاقة شمسية+كلوروفيل—> أكسجين + ذرة من الأكسجين
الأكسجين+ جزيء الماء ——————————–> الفورمالدهيد+ذرة من الأكسجين
6 جزيئات من الفورمالدهيد —————————-> الجلوكوز
وقد ثبت بعد ذلك فشل هذه النظرية في تفسير وشرح ميكانيكية ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ ط§ظ„ط¶ظˆط¦ظٹ مما دعى العلماء إلى مزيد من الدراسة طوال القرن الماضي ، وإشتملت هذه الدراسة على مجالات عديدة تهدف إلى معرفة كيفية تثبيت ثاني أكسيد الكربون ومساره في تفاعلات المثيل ط§ظ„ط¶ظˆط¦ظٹ ومصدر الأكسجين المتصاعد أثناء العملية . كما درست أيضا العوامل المختلفة الداخلة في التفاعلات وتأثير العوامل المساعدة المشاركة في هذه الميكانيكية.
وقد إنتهى العلماء إلى أن ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ ط§ظ„ط¶ظˆط¦ظٹ يتم على مرحلتين ، الأولى يتم فيها تثبيت ثاني أكسيد الكربون ولا يحتاج ذلك إلى الطاقة الشمسية ، كما ثبت أن ثاني أكسيد الكربون لا يتحد مع الكلورفيل في الخلية ولا ينتج عنه الفور مالدهيد . ويلي خطوة تثبيت ثاني أكسيد الكربون مرحلة أخرى يتم فيها إنتقال الكربون من مركب إلى آخر داخل البلاستيدة خلال مجموعة من التفاعلات التي تلزمها الطاقة الضوئية وتنتهي هذه المرحلة بتكوين السكر السداسي . كذلك ثبت أن الماء هو مصدر الأكسجين المنطلق أثناء عملية ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ ط§ظ„ط¶ظˆط¦ظٹ وليس غاز ثاني أكسيد الكربون كما كان يعتقد من قبل ، حيث يتم تحلل الماء ضوئيا إلى إيدروجين وأكسجين وتستخدم ذرات الأيدروجين في إختزال مادة NADP (هو المساعد الإنزيمي ويتركب من Nicotineamida adenine dinucleotide phosphate. ) إلى NADPH (هو الصورة المختزلة من NADP .)
وتنطلق كمية من الطاقة تحول مركب ADP (هو سكر خماسي يتحد مع قاعدة أزوتية ومع مجموعتين فوسفاتيتين خلال روابط غنية بالطاقة وتركيبه adenosine diphosphate.) إلى ATP ( كالسابق إلا أن به ثلاث مجموعات فوسفاتية وتركيبه adenosine triphosphate.) .
جزيء ثاني أكسيد الكربون عندما يدخل إلى البلاستيدة الخضراء فإنه يتحد مع مركب وسطي موجود فعلاً بالخلية هو ثاني فوسفات الريبولوز في وجود الماء ، وينتج مركب جديد يسمى حمض الفوسفوجليسريك وهذا المركب له أهميته الكبيرة إذ منه يبدأ بناء الكربوهيدرات ( في صورة جلوكوز أولاً ) والدهون ( في صورة أحماض دهنية أولاً ) والبروتينات ( في صورة أحماض أمينية أولاً ) ، كذلك فإن حمض فوسفوجليسريك ينتج عنه تحلل سكر الفركتوز -6- فوسفات أثناء عملية التنفس ، ومنه تتكون الأحماض الكربوكسيلية التي تدخل في تفاعلات دورة كربس ومن خلالها تتأكسد المواد العضوية وتنطلق الطاقة ويخرج ثاني أكسيد الكربون مرة أخرى إلى الجو .
ويشترك في خطوات ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ ط§ظ„ط¶ظˆط¦ظٹ بعض الصبغات الأخرى بخلاف صبغات الكلورفيل وتسمى بالصبغات المساعدة مثل صبغات الفيكو إيرثرينات والفيكو سيانينات والكاروتينات وهذه الصبغات تساعد الكلورفيل على اقتناص الطاقة الضوئية .
كذلك فإن السيتوكرومات وغيرها من المركبات المماثلة تعمل كناقلات للالكترونات أثناء تفاعلات ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ الضوئي
العوامل المؤثرة على ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ الضوئي :
تتأثر عملية ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ ط§ظ„ط¶ظˆط¦ظٹ بعدد من العوامل التي قد تتداخل تأثيرات بعضها مع البعض الآخر. ومن أهم العوامل المؤثرة على ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ ط§ظ„ط¶ظˆط¦ظٹ الآتي:
1- الضوء:
يعتبر الضوء وثاني أكسيد الكربون والماء والكلورفيل المواد الأولية لعملية ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ الضوئي. وبالنسبة للضوء نجد أن أهميته ترجع إلى دورة بناء الكلوروفيل كما أنه مصدر الطاقة التي يستخدمها النبات في تكوين الروابط بين ذرات جزيئات المواد العضوية المخلقة . ومن المعروف أن هذه الطاقة الضوئية تصل إلى النبات مباشرة من أشعة الشمس .
تختلف الإحتياجات الضوئية للنبات بإختلاف نوعه وكذلك بإختلاف العوامل البيئية المحيطة بالنبات ، فنباتات الظل shade plants تحتاج إلى كمية أقل من الطاقة الضوئية عن إحتياجات نباتات الشمس sun plants.
عند ثبات العوامل المختلفة عند حدها الأمثل مع ضعف شدة الإضاءة فإن معدل ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ ط§ظ„ط¶ظˆط¦ظٹ يكون ضعيفاً ، إلا أنه يزداد تدريجياً بزيادة شدة الإضاءة إلى أن تصل لدرجة لا يستطيع بعدها الكلوروفيل أن يمتص الضوء فيثبت معدل ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ ط§ظ„ط¶ظˆط¦ظٹ ، ثم مع زيادة الإضاءة تتحطم جزيئات الكلورفيل ويبدأ معدل ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ ط§ظ„ط¶ظˆط¦ظٹ في التناقص . وتعتبر نباتات الظل أكثر تأثراً بشدة الإضاءة الزائدة عن نباتات الشمس كما أن انخفاض نسبة ثاني أكسيد الكربون في الوسط المحيط تزيد من التأثير الضار لشدة الإضاءة .
إضافة إلى تأثير شدة الضوء على ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ ط§ظ„ط¶ظˆط¦ظٹ فإن نوع الموجة الضوئية الممتصة يؤثر أيضاً على معدل ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ ط§ظ„ط¶ظˆط¦ظٹ إذ يختلف إمتصاص الكلوروفيل للموجات الضوئية المختلفة ، فاللونين الأحمر و الأزرق أكثر الموجات إمتصاصاً بواسطة الكلوروفيل.
2- تركيز غاز ثاني أكسيد الكربون :
تتراوح نسبة ثاني أكسيد الكربون في الهواء الجوي الملامس لسطح الأرض بين 0,03% و0,06% ويزداد معدل ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ ط§ظ„ط¶ظˆط¦ظٹ في النبات بإرتفاع نسبة غاز ثاني أكسيد الكربون في الوسط المحيط . ويلاحظ أن هناك علاقة بين شدة الإضاءة وتأثير ثاني أكسيد الكربون على معدل ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ ط§ظ„ط¶ظˆط¦ظٹ ، فكلما إرتفعت شدة الإضاءة زاد معدل ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ ط§ظ„ط¶ظˆط¦ظٹ مع زيادة ثاني أكسيد الكربون في الوسط المحيط .
ولا يعتبر أن تركيز ثاني أكسيد الكربون في الوسط المحيط بالنبات من العوامل المحددة لنموه . فقد وجد أن النبات يمكنه أن يقوم بعملية ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ ط§ظ„ط¶ظˆط¦ظٹ في وجود تركيزات منخفضة جداً من غاز ثاني أكسيد الكربون . ويعتبر تنفس الكائنات الحية وتحللها بعد موتها أهم مصادر ثاني أكسيد الكربون في الجو إضافة إلى كميات الغاز المتصاعدة عند إحتراق الوقود بأنواعه المختلفة .
3- درجة الحرارة :
لا تؤثر درجة الحرارة بطريقة مباشرة على عملية ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ ط§ظ„ط¶ظˆط¦ظٹ وإنما يرجع ذلك إلى تأثيرها على التفاعلات الإنزيمية التي يتم بها ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ ط§ظ„ط¶ظˆط¦ظٹ .
وتستطيع بعض النباتات التي تنمو في المناطق الباردة أن تقوم بعملية ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ ط§ظ„ط¶ظˆط¦ظٹ على درجة -20 درجة مئوية كما أن بعض الطحالب التي تعيش على درجة حرارة تبلغ 50درجة مئوية في مياه الينابيع الحارة يمكنها أن تقوم بهذه العملية . وعموماً فإنه مع ثبات العوامل البيئية الاخرى ، نجد ان الإرتفاع المحدود في درجة حرارة النبات يؤدي إلى زيادة معدل ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ ط§ظ„ط¶ظˆط¦ظٹ .
ويزداد معدل ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ ط§ظ„ط¶ظˆط¦ظٹ بإرتفاع درجة الحرارة كلما زاد تركيز غاز ثاني أكسيد الكربون في الجو إلا أنه عادة ما يكون هذا الارتفاع مؤقتاً إذ سرعان ما ينخفض معدل ط§ظ„طھظ…ط«ظٹظ„ ط§ظ„ط¶ظˆط¦ظٹ مع استمرار الحرارة المرتفعة .