إن عملية البناء الضوئي هي احدى العمليات التي تحدث في الأجزاء الخضراء من النبات وهي عبارة عن تفاعلات تؤدي إلى قيام خلايا الورقة النباتية بتحويل الطاقة الضوئية من الشمس إلى طاقة كامنة يخزنها النبات في الروابط الكيميائية، ويتم ذلك باستخدام مواد أولية بسيطة هي الماء وثاني أكسيد الكربون.
خلال عملية البناء الضوئي تعتبر الورقة الخضراء في النبات هى العضو الرئيسى الذي تحدث فيه هذه العملية إضافة إلى الساق الغضة، الاوراق الكاسية وبعض الأجزاء النباتية الخضراء، حيث أن النبات يقوم بامتصاص الماء من التربة عبر الجذور، وثانى أوكسيد الكربون من الهواء الجوي، والضوء من الشمس وفي وجود الكلوروفيل والإنزيمات داخل البلاستيدات الخضراء يتم إنتاج الجلوكوز والاكسجين ، ويمكن تلخيص عملية البناء الضوئي في المعادلة التالية :
ضوء
6CO2 + 12H2O 
C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
ماء اكسجين سكر جلوكوز كلوروفيل ماء ( ثاني اكسيد الكربون)
- ما الذي يساعد الورقة على القيام بعملية البناء الضوئي؟
للإجابة على هذا السؤال لابد أن تتعرف، على تركيب الورقة النباتية لتتبين أجزاءها ومدى ملاءمة هذا التركيب للقيام بعملية البناء الضوئي.
تركيب الورقة : (Leaf structure)
يتكيف تركيب الورقه فى النبات مع الوظائف الرئيسية التي تقوم بها ، ولا يقتصر هذا التكيف على الشكل الخارجي للحصول على الطاقة، مثل الانتحاء الضوئي، والاتصال بالساق، ونصلها المسطح، بل يشمل تركيبها الداخلي أيضا.
لاحظ أن الخلايا الإسفنجية متباعدة عن بعضها مما يسمح بتشكيل فراغا ت هوائية تتصل بالثغور، وهذا يساعد على تبادل الغازات مع الهواء الخارجي.
ويتخلل النسيج المتوسط عرق وسطي رئيسي كبير وشبكه من العروق الدقيقة وتختص بوظيفة النقل.
لاحظ أن الخلايا الإسفنجية متباعدة عن بعضها مما يسمح بتشكيل فراغا ت هوائية تتصل بالثغور، وهذا يساعد على تبادل الغازات مع الهواء الخارجي.
ويتخلل النسيج المتوسط عرق وسطي رئيسي كبير وشبكه من العروق الدقيقة وتختص بوظيفة النقل.
تحتوي البشرة السفلى في الورقة على الثغور، وكل ثغر مكون من خليتين حارستين محاطة به تعملان على تنظيم عملية فتح وغلق الثغر، كما تحتوي الخليتان على البلاستيدا ت الخضراء وأن كثرة عدد الثغور فى ألورقة تعمل على انتشار الغازات بمقادير كبيرة فتحقق التبادل الغازي بين الورقة والهواء الخارجي .
لتتعرف على الثغر والخلايا الحارسة.
تحاط البلاستيدة الخضراء بغشائين خارجي لتنظيم انتقال المواد من البلاستيده واليها وداخلي يشكل نظاما من صفائح غشائية مرتبة على شكل أكياس مسطحه تدعي الثايلاكويدات، تترتب على هيئة أقراص لتشكل الجرانا Grana وتنظيم هذه الاقراص بطريقة تسمح بامتصاص الحد الاقصى من الطاقة الشمسية (الضوئية)) وتحتوى أغشيتها على أصباغ مختلفة لها علاقة بعملية البناء الضّوئي خاصة الكلوروفيل، إما الجزء غير الغشائي في البلاستيدات يتكون من سائل يحيط بالجرانا يسى الحشوة (Stroma) التي تحوي معظم الانزيمات اللازمه لعملية البناء الضوئي.
آلية البناء الضوئي:
عرفت مما سبق أن معادلة البناء الضوئي تعبر عن مجمل هذه العملية، من حيث المواد الداخله في التفاعل والمواد الناتجة عنه، وبعض الشروط اللازمة لحدوثها.
لكن كيف تحدث هذه العملية؟
ولتوضيح كيفية تكون سكر الجلوكوز في عملية البناء الضوئي يحدث الاتي:
أ - يفقد الماء بعضا من ذرات الهيدروجين، فيؤدي ذلك إلى تحرر الاكسجين (بعملية الاكسدة ).
ب- يكتسب ثاني اكسيد الكربون الهيدروجين الذي فقده الماء فيختزل مكونا السكر .
ولكن في الواقع لا تكون العملية بهذه البساطة ، فعملية البناء الضوئي عمليه معقدة، حيث تشمل على مجموعة تفاعلات كيميائية عديدة تحدث بصوره متتاليه وتبعا لحاجة بعض التفاعلات للضوء قسمت هذه العملية إلى مرحلتين، ولفهم خطوات كل مرحلة استعن بالشكل التالي الذي يبين ملخصا لها.
وهاتان المرحلتان هما :
- المرحلة الضوئية :( Light Stage )
- أين تحدث هذه العملية؟ وما الغرض منها ؟
خطوات عملية المرحلة الضوئية :
1-يمتص الكلوروفيل الضوء من أشعة الشمس.
٢ - يقوم هذا الضوء بشطر جزيئات الماء .
٣ - تنتقل الإلكترونات والهيدروجين إلى مركب يسمى (فوسفات نيكوتين أمايد ادنين ثتائي النيوكليوتيد) ويرمز له بالحروف NADP+ .
٤ - يكتسب هذا المركب الإلكترونات المشحونة بالطاقة ويخزنها.
5- يتحرر الاكسجين الناتج من انشطار الماء وينطلق خارج النبات عن طريق الثغور الموجودة على الاوراق ، وهذا يفسر تواجد الاكسجين خلال ساعات النهار بكميات كبيرة في الغابات والحدائق ، حيث تكون الاشجار كثيفة .
٦ - بعد ذلك يختزل مركب +NADP إلى NADPH.
٧ - كذلك يتكون أدينوسين ثلاثي الفوسفات ATP بإضافة مجموعة فوسفات (p) إلى مركب أدينوسين ثنائي الفوسفات ADP الموجود أصلا في الخلايا.
يمكن تلخيص الخطوات أعلاه بأن التفاعلات المعتمدة على الضوء تعمل على تحويل الطاقة الضوئية أو الشمسية إلى طاقة كيميائية بهيئة مركبين هما(NADPH) و (ATP) يستعملها النبات لاحقا.
لاحظ أنه أثناء هذه التفاعلات لا تنتج أي مادة كربوهيدراتية.
2- المرحلة غير الضوئية: (Dark Stage)
وتسمى أيضا التفاعلات اللاضوئية أو تفاعلات تثبيت الكربون Carbon fixation reactions ،وتعرف هذه التفاعلات أيضا باسم دورة كالفن Calvin Cycle نسبة إلى العالم ميلفين كالفن Melvin Calvin الذي تمكن مع زملائه من توضيح خطوات هذه التفاعلات، وكان ذلك أواخر عام ١٩٤٠م وتحدث هذه التفاعلات على النحو الآتي:
١ - تبدأ التفاعلات بإدماج غاز ثاني أكسيد الكربون الممتص من الجو مع جزيئات عضوية موجودة في البلاستيدات الخضراء وتسمى هذه الخطوة (تثبيت الكربون).
٢ - يختزل الكربون الذي نم تثبيته إلى مركبات كربوهيدراتية، وذلك بإضافة بعض الإلكترونات.
من المؤكد أن هذه العمليات تحتاج إلى طاقة لإتمامها والتي تحصل عليها الخلية من (NADPH) و (ATP) اللذين تم تكوينهما أثناء الخطوتين ٦ و ٧ من التفاعلات المعتمدة على الضوء.
نواتج عملية البناء الضوئي ومصيرها:
نواتج عملية البناء الضوئي في النباتات هو مركب كربوني وسطي ومنه تشكل السكريات التي تستخدمه النبات فى عملية الايض والنمو ومختلف العمليات الحيوية وبعض السكريات التي تستعمل كمصدر للطاقة والبعض الاخر من السكريات تشكل مركبات من البروتينات والدهون كما يتضح أن المواد السابقة (سكريات، دهون، وبروتينات) تشكل الاساس الذى يعتمد عليه الحيوان في حياته عندما يحصل على الغذاء من النبات بطريقة مباشرة أو غير مباشرة.
ومما يجب ذكره أن النبات يستهلك بعض ما ينتجه من غذاء ولكن أكثر الغذاء الذي ينتج من عملية البناء الضوئي يخزن في البذور والدرنات والثمار .
