يعرف معظم الطلاب عملية التمثيل الضوئي التي تقوم بها النباتات والطحالب وأنواع معينة من البكتيريا مثل العملية التي ينتجون من خلالها طعامهم (الكائنات التغذية الذاتية). ومع ذلك ، فإن هؤلاء الطلاب لا يفهمون حقًا كيف يحدث هذا النوع من التفاعل وكيف ينتج عنه تغذية النبات. من الضروري فهم ظاهرة التمثيل الضوئي هذه كيميائيًا.
يزيل النبات الماء وبعض الجزيئات غير العضوية (مركبات لا تحتوي على الكربون كعنصر رئيسي من هيكلها ، مع بعض الاستثناءات) من التربة عبر الجذر ، بالإضافة إلى ثاني أكسيد الكربون (ثاني أكسيد الكربون - كو2) التي تمتصها النباتات وفي وجود الضوء ، يتم إنتاج الجزيئات العضوية (الهياكل التي تحتوي على الكربون كعنصر رئيسي). مثال على الجزيء العضوي المنتج هو الجلوكوز (C6ح12ا6) ، والتي ، من خلال التحولات الأخرى ، ستشكل النشا ، والسليلوز ، والبروتينات ، والأحماض الأمينية ومكونات الخضار الأخرى:
6CO2 (ز) + 6 ح2ا(1) + ضوء الشمس → C.6ح12ا6 (عبد القدير) + 6O2 (ز)
كما هو مذكور ، من أجل حدوث عملية التمثيل الضوئي ، من الضروري أن يمتص النبات الطاقة الشمسية. يتم ذلك من خلال أصباغها ، وهي مواد تتميز بإصدار لون معين عند تعرضها للضوء. الصباغ الرئيسي للنباتات هو
الكلوروفيل، الذي يظهر هيكله أدناه. هيكلها معقد ، مع Mg أيون2+ منسقة في التجويف المركزي ، وهذه الصبغة هي المسؤولة عن اللون الأخضر للنباتات ، لأنه تمتص أطوال موجات الأحمر والبرتقالي والأزرق والبنفسجي ، لكنها تعكس الكثير من الضوء لون أخضر.
الكلوروفيل وأصباغ التمثيل الضوئي الأخرى (مثل الكاروتينات و ال فيكوبيلين) تمتص الفوتونات ، مما يجعل إلكترونات جزيئاتها متحمسة ، أي أنها تمتص الطاقة وتقفز إلى مدار بعيدًا عن النواة الذرية ، بمستوى طاقة أعلى. تنتقل هذه الإلكترونات إلى سلسلة نقل الإلكترون لاستخدامها في إنتاج ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) ثم في تخليق السكريات.
ثم يتم تكسير جزيء الماء (الأكسدة) ويمد الهيدروجين الإلكترونات إلى الأصباغ ، في هذه الحالة إلى الكلوروفيل ، الذي فقد إلكتروناته المثارة. في كسر الماء سيكون هناك أيضًا إطلاق O2. في الواقع ، من المثير للاهتمام ملاحظة أن كل الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي تقريبًا يأتي من عملية التمثيل الضوئي.
ثم يتم استخدام الطاقة التي تم الحصول عليها لتحويل (تقليل) جزيئات ثاني أكسيد الكربون2 في المركبات المعقدة مثل الكربوهيدرات والكتلة الحيوية.
تفاعل التركيب الضوئي العام:
nCO2 + ن2س + ضوء الشمس →{CH2O}لا + لا2
نرى أن رد الفعل هذا هو رد فعل الأكسدة والاختزال، لأن الأكسجين خضع للأكسدة ، وزاد أكسيد النيتروجين (عدد الأكسدة - الشحنة الكهربائية للأنواع الكيميائية) ، أي أنه فقد الإلكترونات. من ناحية أخرى ، قلل الهيدروجين ، أي اكتسب الإلكترونات.
من وجهة نظر التفاعل الكيميائي ، فإن التمثيل الضوئي هو عكس التنفس الذي تقوم به الكائنات غيرية التغذية (الكائنات ، بما في ذلك الإنسان ، الذين لا ينتجون طعامهم ، لكنهم بحاجة إلى استخلاص الطاقة من مصادر أخرى ، مثل تغذية النباتات و الحيوانات).
في عملية التمثيل الضوئي ، من الضوء والماء وثاني أكسيد الكربون ، يتم تصنيع الجزيئات العضوية ويتم إطلاق الأكسجين. في حالتنا ، نحن نستهلك كائنات أخرى وأكسجين للحصول على الطاقة اللازمة للتنفس ، حيث يتكون الماء وثاني أكسيد الكربون.
أيضًا ، عندما يتحلل النبات ، يتحول إلى جلوكوز ، وبمرور الوقت ، سيشكل الجلوكوز ثاني أكسيد الكربون مرة أخرى.2، في تفاعل ليس رد فعل عكسي لعملية التمثيل الضوئي وسيعود ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي.
إذن لدينا دورة الكربون.
بقلم جينيفر فوغاسا
تخرج في الكيمياء
مصدر: مدرسة البرازيل - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/reacao-quimica-envolvida-na-fotossintese.htm
