يواجه العديد من الأشخاص صعوبة في التمييز بين عمليتي التنفس الخلوي والبناء الضوئي، إذ تمتاز كل منهما بمراحل محددة تميزها عن الأخرى، بالإضافة إلى خصائص فريدة لكل عملية منهما.
في هذا المقال، سنقوم بإيضاح الفروق بين التنفس الخلوي والبناء الضوئي، كما سنستعرض مراحل عملية البناء الضوئي التي تنقسم إلى مرحلة الضوء ومرحلة الظلام. وسنلقي نظرة أيضًا على نواتج البناء الضوئي ومراحل التنفس الخلوي.
التنفس الخلوي والبناء الضوئي
- تستند العمليات الحيوية للنباتات على مجموعة من الأسس العلمية المتعلقة بالأيض، والحصول على الغذاء، وكذلك اكتساب وإطلاق الطاقة.
- تجري بعض هذه العمليات في الليل والبعض الآخر في النهار، مثل عملية البناء الضوئي.
- هنالك عمليات تحدث داخل الخلية تُسمى “خلوي”، في حين يوجد ما يعرف بالعمليات غير الخلوية.
عملية البناء الضوئي
- تختص عملية البناء الضوئي بالكائنات التي تحتوي على الكلوروفيل، مثل الطحالب والنباتات وبعض أنواع البكتيريا الخضراء.
- يمكن لتلك الكائنات بناء غذائها بشكل ذاتي بمساعدة الضوء والشمس.
- إذاً، فإن عملية البناء الضوئي تتعلق بالنباتات الخضراء وتحدث في الأجزاء الخضراء مثل الأوراق والأغصان.
تعريف البناء الضوئي
- تتكون عملية البناء الضوئي من تفاعل كيميائي يحدث بوجود الشمس والماء.
- تمتص جذور النبات الماء من التربة عبر خاصية الأسموزية.
- بينما يدخل ثاني أكسيد الكربون من خلال الثغور الموجودة على الأوراق.
- عند شروق الشمس، تعمل فوتونات الضوء على تحليل الماء إلى جزيئات أكسجين وهيدروجين.
- يتم تشكيل روابط جديدة لإنتاج سكر الجلوكوز، الذي يُعتبر مصدر الغذاء الأساسي للنبات.
- تساعد مادة الكلوروفيل، المتواجدة في البلاستيدات الخضراء، في هذه العملية.
- ينتج النبات بخار الماء والأكسجين، الذي يُخرج من خلال الثغور.
- وهذا يسهم في التخلص من ثاني أكسيد الكربون الضار.
- كما يوفر الأكسجين الضروري لتنفس الكائنات الحية، ويرتبط بالنباتات في انتاج المواد الغذائية.
ننصح بقراءة:
مراحل البناء الضوئي
تنقسم مراحل البناء الضوئي إلى مرحلتين رئيسيتين:
مرحلة الضوء
- تحدث خلال النهار في وجود أشعة الشمس، حيث يتم تحويل الطاقة الضوئية لطاقة كيميائية مختزنة.
- عندما تصطدم فوتونات الضوء بأوراق النبات، تنقسم جزيئات الماء ويتحد الهيدروجين مع مركب يُعرف باسم NADP (نيكوتين أميد أدينين ثنائي النيوكليوتيد).
- تحدث عملية الاختزال، وينتج غاز الأكسجين الذي يُخرج من الثغور.
- يتم إنتاج طاقة مختزنة على شكل ATP، حيث يقوم النبات بتخزين هذه النواتج لاستخدامها لاحقًا في استمرار عملية البناء الضوئي.
مرحلة الظلام (دورة كالفن)
- تتم في الليل وتعتبر مرحلة غير ضوئية، حيث يكمل النبات فيها عملية البناء الضوئي.
- يستخدم النبات المركبات العضوية الموجودة في الكلوروفيل، معتمدًا على جزيئات الطاقة الناتجة من المرحلة السابقة لدعم التفاعل.
نواتج عملية البناء الضوئي
- تنتج عملية البناء الضوئي مركب كربوني يُعرف بسكر الجلوكوز، الذي يُعتبر أساسيًا لتكوين السكريات.
- تساعد المواد الغذائية المنتجة في عملية النمو وتوفير الطاقة، حيث يتم استهلاكها بشكل رئيسي في تكوين البذور والثمار.
- تقوم النباتات بتحويل نواتج البناء الضوئي إلى بروتينات وكربوهيدرات بصورة غير مباشرة.
عملية التنفس الخلوي
- تُعرَّف عملية التنفس الخلوي بأنها عملية بيوكيميائية تُحرر الطاقة من الروابط الكيميائية في جزيئات الغذاء لتوفيرها لعمليات الحياة الأساسية.
- تحدث هذه العملية في خلايا الكائنات حقيقية النواة، وخاصة داخل الميتوكندريا التي تُعتبر موقع أغلب التفاعلات الكيميائية داخل الخلايا.
تعريف التنفس الخلوي
- يتألف التنفس الخلوي من مجموعة من التفاعلات الحيوية التي تحدث داخل الخلية في سلسلة منظمة ومترابطة.
- تعمل النباتات على تحطيم المركبات الصعبة والتحويل إلى طاقة تُستفاد منها.
- تمتد هذه العملية إلى الليل في جزء يسمى الميتوكندريا، التي تُعرف بمركز إنتاج الطاقة.
مراحل التنفس الخلوي
تتم عملية التنفس الخلوي داخل الميتوكندريا وتنقسم إلى أربع مراحل بدءًا من التحلل السكري وانتهاءً بإطلاق الإلكترونات، وهذه المراحل هي:
- يتم تكسير جزيئات الجلوكوز وتحويلها من سكر سداسي الكربون إلى جزيئين من البيروفات (سكر ثلاثي الكربون).
- تأكسد البيروفات المنتجة وتحويلها إلى جزيئين من الكربون، حيث يتم ربطها بإنزيم أسيتيل، مما يؤدي إلى إنتاج غاز ثاني أكسيد الكربون.
- يرتبط إنزيم أسيتيل، الناتج من المرحلة السابقة مع مركب رباعي الكربون، مما يؤدي إلى سلسلة من تفاعلات الأكسدة تُعرف بدورة حمض الستريك.
- تُعتبر الفسفرة التأكسدية آخر مرحلة في التنفس الخلوي، حيث تُحول الطاقة الناتجة من التفاعلات الكيميائية إلى طاقة قابلة للاستخدام من خلال أكسدة المرافقات الإنزيمية.
- يؤدي ذلك إلى إطلاق إلكترونات مرتفعة الطاقة تُنقل عبر النواقل خارج الميتوكندريا لتتحد مع الأكسجين، مما ينتج عنه جزيئات الماء.
أهمية التنفس الخلوي
- تساعد عملية التنفس الخلوي في تنظيم درجة حرارة الجسم وتلعب دورًا حيويًا في الاستقرار الحراري.
- الغرض منها هو تحصيل الطاقة الناتجة عن تحليل المركبات العضوية.
- من أشكال الطاقة المنتجة، الجلوكوز الذي يسهم في النشاطات داخل الخلية.
- تلعب عملية التنفس الحيوي أيضًا دورًا كبيرًا في توفير وبناء الهيكل الكربوني المهم للبناء الضوئي في النباتات.
التكامل بين التنفس الخلوي والبناء الضوئي
على الرغم من أن لكل من هاتين العمليتين دورها وإنتاجها، إلا أن هناك تكاملًا وروابط بينهما. من خلال ما تم شرحه في هذا المقال حول التنفس الخلوي والبناء الضوئي، نستنتج الآتي:
- المواد الناتجة من عملية البناء الضوئي تُستخدم كمواد التفاعل في التنفس الخلوي.
- بينما المواد الداخلة في عملية البناء الضوئي هي ناتجة من عملية التنفس.
- تستخدم مرحلة نقل الإلكترونات في كل من التنفس الخلوي والبناء الضوئي لإنتاج الطاقة.
- تحتوي كل من حلقتي كالفن وكربس على إعادة ترتيب ذرات الكربون في المركبات العضوية.
- وهما مصدرا للهيكل الكربوني في تفاعلات البناء الحيوية.
- بعض النواتج من العمليات المتنوعة في التنفس الخلوي والبناء الضوئي تكون متشابهة.
- يلعب جزيء ثاني أكسيد الكربون دورًا رابطًا بين حلقتي كالفن وكربس.
- بجدية، نجد أن العمليات الحيوية المرتبطة ببعضها تشكل شبكة مترابطة.
- قد تكون إحداها نتيجة للأخرى أو مسببًا لها، وكل العمليات الحيوية لها دور كبير في إنتاج الطاقة الضرورية للنباتات وتمكينها من القيام بالعمليات الأخرى التي تحتاجها بشكل يومي ومتواصل داخل الخلية.
