التمثيل الضوئي عملية كيميائية تحدث في خلايا البكتريا الزرقاء و في صانعات اليخضور أو الكلوروبلاست (chloroplast) في كل من الطحالب و النباتات العليا يتم فيها تحويل الطاقة الضوئية الشمسية من طاقة كهرومغناطيسية في شكل فوتونات أشعة الشمس إلى طاقة كيميائية تخزن في روابط سكر الجلوكوز وفق المعادلة التالية(1):
6CO2 + 12 H2O + ligh + energ chlorophyy = 2C6 H12O6 + 6H2O
ورغم بساطة هذه المعادلة في وضعها السابق ولكنها تتم في خطوات معقدة :
ـ تتم هذه المعادلة في دورتين المتباينة والمختلفة.
ـ الأولى تسمى تفاعلات الضوء (light reactions) أو التفاعلات المعتمدة على الضوء The light Dependent reactions))وهي تفاعلات تعتمد على وجود الضوء وتعمل عليه.
ـ الثانية تسمى تفاعلات الظلام ( Dark reactions) أو التفاعلات المعتمدة على الظلام Independent reactions)) أو تفاعلات دورة كالفن (Calven cycle reactions) وهي تفاعلات تعمل ليلا وفي الظلام استغلالاً للمنتجات الصباحية (النهارية) التي أنتجت في الضوء.
ـ وقد سميت تفاعلات الظلام باسم مكتشفها كالفن, وتعمل تفاعلات دورة كالفن في النباتات ذوات الفلقتين (Dicot) أو (Dicotyledon) وهي مركبات ثلاثية الكربون ولذلك تسمى دورة الكربون الثلاثي.
ـ وهناك دورة هاتس سلاك (Hatch slak) وهي تعمل في النباتات ذوات الفلقة الواحدة (or Monoctyledon(Monocot).
- وتبدأ عملية البناء الضوئي بسقوط الضوء على مجموعة من الخلايا النباتية المتجاورة مكونة لنظام ضوئي داخل البلاستيدات الخضراء.
- عندما يسقط الضوء تحدث إثارة الالكترونات الخارجية في الخلايا، ترفع هذه الطاقة طاقة الهيدروجين وتدفعه إلى داخل الثلاكويدات(2)(Thallachoids) ، وبذلك يزداد تركيز أيونات الهيدروجين المحمل بالطاقة داخل الثلاكويدات عن تركيزها في الحشوة (Stroma) المحيطة بالثلاكويدات في البلاستيدات، هذا الفارق يحدث منحدراً أيونياً كهربائياً بين فارق التركيز داخل الثلاكويدات وخارجها.
ـ يتم نفاذ طاقة أيون الهيدروجين في هذا المنحدر الأيوني عبر جزيئات (ADP)ة(3)والتيترتفع طاقتها لتتحول إلى (ATP)ة(4).
ـ تنتقل بعض هذه الطاقة الالكترونية عبر جزيئات (NADP)ة(5) منخفض الطاقة ليعطي NADPH+ مرتفع الطاقة وبذلك يتكون مركبين مرتفعين القيمة الطاقية هما (ATP) وNADPH.
ـ يستغل جزء من الطاقة الضوئية المنتقلة إلى الالكترونات في شطر (Spliting) جزيئات الماء (HO2) إلى ايونات الهيدروجين وأيونات الأكسجين.
ـ يدخل أيون الهيدروجين في العمليات الحيوية التالية، وينطلق الأكسجين
ـ ولذلك فإن مصدر الأكسجين الناتج في عملية البناء الضوئي ناتج من الماء المشطور، أي أنه أكسجين الماء بعد نزع الهيدروجين منه، وبذلك يتحقق قول الله تعالى: )وجعلنا من الماءكل شيء حي ( [الأنبياء] : 30.
ـ وهذا سبق علمي اكتشفته في فبراير 2005م والحمد لله.
ـ حيث أننا نتنفس أكسجين الماء، وتتنفسه الكائنات الحية هوائية التنفس (Arobic respiration) علاوة على وظائف الماء الحيوية الأخرى في أجسام الكائنات الحية.
ـ عمليات دورة كالفن Calven cycle:
دورة كالفن هي إحدى الدورات الحيوية المهمة في عملية تثبيت الطاقة خاصة في النباتات ذوات الفلقتين (Dicot plants) وفيها يتم تثبيت الكربون الموجود في ثاني أكسيد الكربون لتكوين أول مركب كربوهيدراتي ثابت أمكن فصله يسمى جلسرالدهيد ثلاثي الفوسفات(6)وهي تتم في حشوة (Stroma) البلاستيده الخضراء خارج التلاكويدات.
ـ وفيها يتم استغلال الطاقة سابقة التخزين في التفاعلات الضوئية في عملات الطاقة من جزيئات (ATP) و (NADPH).
ـ يبدأ ذلك باتحاد ثاني أكسيد الكربون (CO2) والماء مع (RUBP)ء(7)
يتم بعد ذلك تحويل (PGA)ء(9)إلى (PGL)ء(10)باستخدام طاقة (ATP)ت(11)أو (NADPH)ء(12)
ـ يمكن استخدام (PGAL) لتخليق الجزيئات العضوية مثل الجلوكوز (Glucose) ويتحول (NADPH) إلى (NADP+).
ـ كما يتحول (ATP) إلى (ADP).
ـ وبذلك تخزن الطاقة الضوئية في الروابط الكيميائية بين ذرات المركبات الكربوهيدرائية الناتجة، ويثبت الكربون الموجود في ثاني أكسيد الكربون الجوي، كما يثبت الهيدروجين الموجود في الماء, وفي النهاية يتكون الجلوكوز (Glucose) الذي ينتقل إلى دورات تحرير الطاقة لتعاد دورة العناصر والمركبات والطاقة من جديد.
ـ أهم شيء في هذه الدورات هو تثبيت ثاني أكسيد الكربون لتكوين الجلوكوز، وهذه العملية تتم في عمليات معقدة بمكن تيسيرها فيما يلي.
ـ تتفاعل كل ست جزيئات من (RUBP)ء(13)مع ست جزيئات من ثاني أكسيد الكربون (CO2) وست جزيئات من الماء (H2O) لتكوين 12 جزيء (PGA)ء(14)وبذلك يثبت الكربون.
ـ تستغل طاقة (12) جزيء (ATP) والكترونات وهيدروجينات (12) جزيء NADPH2لتحويل (12) جزيء من (PGA) إلى (12) جزيء (PGALs).
ـ تستغل طاقة (6) جزيئات (ATP) لإعادة ترتيب (10) جزيئات (PGALs) ليتكون (6) جزيئات (RUBPs)، وبذلك تتم دورة واحدة من دورات كالفن (أي دورة تثبيت الكربون الثلاثي).
ـ هناك دورة أخرى تسمى دورة هاتش ـ سلاك (Hatch slak pathway) لتثبيت ثاني أكسيد الكربون في النباتات ذوات الفلقة الواحدة عن طريق الكربون الرباعي (C4).
ـ وبذلك تتم أهم عملية على سطح الكرة الأرضية وهي عملية تكوين المواد الكربوهيدرائية من ثاني أكسيد الكربون والماء وتخزن الطاقة الشمسية في الروابط الكيميائية في تلك المواد الكربوهيدائية وينطلق الأكسجين إلى الجو بعملية البناء الضوئي.
ـ بعد ذلك يحول النبات المواد الكوبوهيدرائية إلى مواد دهنية, ومواد بروتينية ، والمركبات النباتية الأخرى.
ـ يتغذى الحيوان والكائنات الحية الدقيقة الفطرية و البكتيريا على المنتجات النباتية.
ـ ويتغذى الإنسان على المنتجات النباتية, والمنتجات الحيوانية ، ومنتجات الكائنات الحية الدقيقة الصالحة للأكل البشري.
وهذه أضخم عملية في العالم فكل:
ـ كربوهيدرات العالم تكون بها.
ـ دهن العالم تكون بها.
ـ بترول العالم تكون بها..
ـ فحم العالم تكون بها.
ـ أكسجين العالم نتج منها.
ـ خلصت الإنسان من النسب الزائدة والمحررة من ثاني أكسيد الكربون.