نواتج عملية البناء الضوئي هي مركبات كربوهيدراتية مثل السكريات والنشويات، تُخزَّن فيها الطاقة الكيميائية، ويُصنَّع معظمها من ثاني أكسيد الكربون والماء، وفي معظم الحالات يُطلق الأكسجين أيضًا كناتج ثانوي. وتبدأ العملية دائمًا عندما تمتص بروتينات تُسمى مراكز التفاعل، وتحتوي على الكلوروفيل الأخضر وأصباغ وكروموفورات ملونة أخرى، الطاقةَ الضوئية.

كيف تتكوّن نواتج عملية البناء الضوئي؟

في النباتات تُحفظ بروتينات مراكز التفاعل داخل عضيات تسمى البلاستيدات الخضراء، وهي كثيرة في خلايا الأوراق، أما في البكتيريا فتوجد في غشاء البلازما الخلوي. وتُقسَّم العملية إلى مرحلتين متكاملتين:

  • التفاعلات المعتمدة على الضوء: تُستخدم بعض الطاقة لانتزاع الإلكترونات من مواد مناسبة مثل الماء، بهدف إنتاج غاز الأكسجين، ويُستخدم الهيدروجين المتحرر من انقسام الماء في تكوين مركبين يخزنان الطاقة على المدى القصير: فوسفات ثنائي نيوكليوتيد الأدينين وأميد النيكوتين (NADPH) وأدينوزين ثلاثي الفوسفات (إيه تي بّي).
  • التفاعلات المستقلة عن الضوء: في النباتات والطحالب والبكتيريا الزرقاء تُخزَّن الطاقة على المدى الطويل على شكل سكريات عبر سلسلة لاحقة من التفاعلات تسمى دورة كالفين، وفيها يُدمج ثاني أكسيد الكربون الجوي مع مركبات كربون عضوية موجودة أصلًا مثل ريبولوز ثنائي الفوسفات (RuBP)، ثم تُختزل المركبات الناتجة وتُزال باستخدام إيه تي بّي وNADPH لتكوين المزيد من الكربوهيدرات مثل الجلوكوز.

وفي أنواع أخرى من البكتيريا تُستخدم آليات مختلفة، مثل دورة كريبس العكسية، لتحقيق الهدف نفسه.

منتجات إضافية وسياق أوسع

إلى جانب الكربوهيدرات والأكسجين، ينتج عن التفاعلات المعتمدة على الضوء المركبان المخزنان للطاقة على المدى القصير، NADPH وإيه تي بّي، وهما ليسا ناتجين نهائيين بل وسيطان يُستخدمان في دورة كالفين. وتقوم معظم النباتات والطحالب والبكتيريا الزرقاء بهذه العملية، وتسمى هذه الكائنات كائنات ضوئية ذاتي التغذية.

ولنواتج العملية أثر يتجاوز النبات نفسه؛ فالتركيب الضوئي مسؤول بدرجة كبيرة عن إنتاج محتوى الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض والحفاظ عليه، ويوفر معظم الطاقة اللازمة للحياة على الأرض. ويبلغ متوسط التقاط الطاقة العالمي عن طريقه نحو 130 تيراواط، أي نحو ثماني أضعاف استهلاك الطاقة الحالي للحضارة البشرية، كما تحوّل الكائنات الضوئية ما بين 100 و115 مليار طن من الكربون إلى كتل حيوية سنويًا. ويلتقط التركيب الضوئي ثاني أكسيد الكربون من الهواء ثم يربط الكربون في النباتات وكذلك في التربة ومنتجات النباتات، ويُقدَّر أن الحبوب وحدها تربط نحو 3825 تيراجرام من ثاني أكسيد الكربون كل عام، أي 3.825 مليار طن.

وقد اكتُشفت ظاهرة تسخير النباتات لطاقة الضوء، بالإضافة إلى الهواء والتربة والماء، لأول مرة في عام 1779 من قِبل يان إينخنهاوسز.