การสังเคราะห์ด้วยแสง

การสงั เคราะหด์ ้วยแสง

ปฏิกริ ิยาทพ่ี ชื ดดู กลืนแสงไว้ในคลอโรพลาสต์และเปล่ียนพลังงานแสงให้เป็นพลังงานเคมใี นรูป
ของ ATP และ NADPH ที่พชื สามารถนาไปใชต้ อ่ ได้

ปฏกิ ิรยิ าใชแ้ สง เปน็ การถา่ ยทอดอเิ ล็กตรอนผ่านรงควัตถุทีเ่ รยี กวา่ แอนเทน
นา (antenna)โดยแอนเทนนาประกอบด้วยแคโรทนี อยด์ คลอโรฟิลลบ์ ี คลอโรฟลิ ลเ์ อ และ
ศูนยก์ ลางปฏิกิริยาของระบบแสงหรอื Reaction center การถา่ ยทอดอิเลก็ ตรอน
แบง่ เป็น 2 ประเภทคอื การถา่ ยทอดอเิ ลก็ ตรอนแบบไมเ่ ปน็ วฏั จักร (non-cyclic electron
transfer) และการถา่ ยทอดอิเล็กตรอนแบบเปน็ วัฏจักร (cyclic electron transfer)

ปฏิกิรยิ าแสง

ปฏิกิริยาตรงึ คาร์บอนในพชื เกดิ เปน็ 3 ข้ันตอน
การตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ไปเป็น 3-ฟอสโฟกลเี ซอเรต (3-phosphoglycerate) โดยใช้ ไรบู

โลส – 6 –ฟอสเฟต ซ่ึงมคี าร์บอน 5 ตัว รวมตวั กับคารบ์ อนไดออกไซด์ (คาร์บอน 1 ตวั )
ไดเ้ ปน็ 3-ฟอสโฟกลีเซอเรต (คารบ์ อน 3 ตวั ) 2 โมเลกลุ
การเปลี่ยน 3-ฟอสโฟกลีเซอเรต ไปเปน็ กลีเซอรอลดไี ฮด์ – 3- ฟอสเฟต โดยใช้
พลงั งาน ATP และ NADPH + H+ กลเี ซอรอลดไี ฮด์ – 3- ฟอสเฟต ทไ่ี ด้จะนาไปสร้างเปน็
กลโู คสซึ่งจะเปล่ียนเปน็ แป้งในกรณเี ปน็ อาหารสะสมภายในเซลล์ หรือขนส่งไปยังเซลล์
อน่ื ในรปู น้าตาลซโู ครส
กลีเซอรอลดีไฮด์ – 3- ฟอสเฟต (คารบ์ อน 3 ตวั ) บาส่วนถูกนาไปจดั ตวั ใหมเ่ ปน็ ไรบูโลส –
6 –ฟอสเฟต (คาร์บอน 5 ตัว) เพ่ือนาไปตรงึ คาร์บอนไดออกไซด์รอบใหม่ ทงั้ น้ี กลเี ซ
อรอลดไี ฮด์ – 3- ฟอสเฟต 5 ตวั จะจดั ตวั ใหม่ไดเ้ ป็น ไรบโู ลส – 6 –ฟอสเฟต 3 ตวั

ปฏิกิริยาตรงึ คารบ์ อน

ไทลาคอยด์ ( Thylakoid ) ส่วนทเ่ี ป็นแผ่นๆในคลอโรพลาสต์ ซ้อนกนั แนวต้ัง
เรียกวา่ กรานมุ ( Granum ) หลายๆกรานมุ เรยี กวา่ กรานา ( Grana )

ไทลาคอยด์

สโตรมา ( Stroma ) เป็นของเหลวท่ีลอยอยใู่ นคลอโรพลาสต์ เปน็ สว่ นที่เกดิ
Calvin Cycin

สโตรมา

ธรรมชาติของ “แสง” แสดงความประพฤติเปน็
ทงั้ “คลน่ื ” และ “อนุภาค” เม่ือเรากล่าวถงึ แสงในคุณสมบัติความเปน็ คลน่ื เรา
เรียกวา่ “คล่ืนแมเ่ หลก็ ไฟฟ้า” (Electromagnetic waves) ซึ่งประกอบด้วย
สนามแม่เหลก็ และสนามไฟฟา้ ทามุมตั้งฉาก และเคล่อื นทไี่ ปในอวกาศด้วย
ความเร็ว 300,000,000 เมตร/วนิ าที

คลนื่ แมเ่ หล็กไฟฟา้

โมเลกลุ ทีม่ ีความสามารถในการดดู กลืนแสงที่มอี ยใู่ นพืชและส่ิงมชี วี ติ นี้
คอื รงควัตถุ (pigment) รงควตั ถทุ ใี่ ชใ้ นกระบวนการสงั เคราะห์ดว้ ย
แสง (photosynthetic pigment)

สารสี

เปน็ รงควตั ถุท่ีพบทั่วไปในพืชและสง่ิ มีชีวติ ทีมกี ระบวนการ
สังเคราะห์ดว้ ยแสง โครงสรา้ งประกอบไปดว้ ยส่วนท่ีเปน็
porphyrin-like structure ซง่ึ มี Mg2+ อยสู่ ว่ นกลางของโครงสรา้ ง
และส่วนท่เี ปน็ สายยาวของไฮโดรคาร์บอน ซ่ึงเป็นส่วนทเี่ ป็น
hydrophobic region ซึง่ ฝงั ตัวอยูบ่ น photosynthetic membrane ใน
คลอโรพลาสต์

คลอโรฟิลล์

กลุม่ รงควัตถทุ ม่ี ีสเี หลอื ง-สม้ พบท่ัวไปในพืชและสง่ิ มชี ีวิตที่สามารถสังเคราะหด์ ้วยแสงได้ มี
หน้าทใ่ี นการช่วยรับพลงั งานแสง accessory light-harvesting pigment เพอ่ื การสังเคราะห์ดว้ ย

แสง และทาหนา้ ทใี่ นการปอ้ งกันอนั ตรายจากแสง (photoprotective agents)
เป็นกล่มุ รงควตั ถทุ ่ีมสี ีเหลอื ง-ส้ม พบทว่ั ไปในพชื และส่ิงมชี ีวิตที่สามารถสังเคราะหด์ ้วย
แสงได้ มีหน้าทใี่ นการช่วยรบั พลงั งานแสง accessory light-harvesting pigment เพื่อการ
สงั เคราะห์ดว้ ยแสง และทาหน้าทใี่ นการปอ้ งกันอันตรายจากแสง (photoprotective agents)

โครงสรา้ งหลกั ของรงควัตถุกลมุ่ น้คี อื การเป็นสายไฮโดรคารบ์ อน ซึ่งประกอบดว้ ย
คาร์บอน 40 อะตอม ซ่ึงสามารถจาแนกได้เปน็ 2 กลมุ่ ยอ่ ยคือ carotenes และ xanthophylls

Carotenes เป็นรงควัตถุท่ีมสี สี ม้ หรอื สม้ -แดง เป็นสายยาวของไฮโดรคารบ์ อน สว่ น
xanthophyll มีสเี หลอื ง หรือส้ม-เหลอื ง ซ่ึงนอกจากจะประกอบดว้ ยสายยาวของไฮโดรคาร์บอน
แลว้ ยังมี O เปน็ องคป์ ระกอบอกี ด้วย ซึง่ xanthophylls มีหลายชนดิ ขึ้นอยู่กบั ระดับ oxidation

ของโมเลกุล

แคโรทนี อยด์

เปน็ รงควัตถทุ ีเ่ ป็น accessory light-harvesting pigments ท่พี บใน
cyanobacteria และสาหร่ายสีแดง มีโครงสร้างเปน็ open-chain tetrapyrroles

phycobilins ที่เกีย่ วข้องกับกระบวนการสงั เคราะห์ดว้ ยแสงทเี่ ปน็ ท่ีทราบ
กันโดยทว่ั ไปมี 3 ชนดิ คือ phycoerythrin (หรือ phycoerythrobilin)

phycocyanin (หรอื phycocyanobilin) และ allophycocyanin
(allophycocyanobilin) ซ่ึงทงั้ สามชนดิ นี้จะไม่พบในพชื ชนั้ สงู แตพ่ บเฉพาะใน

cyanobacteria และสาหรา่ ยสีแดงเท่านั้น

ไฟโคบิลิน

เปน็ สารเคมีที่พบมากในผักผลไม้ทมี่ ีสแี ดง ส้ม เหลอื ง และเขยี ว หาก
รา่ งกายได้รับสารน้ีตดิ ตอ่ กนั เป็นเวลา 2 สัปดาห์จะเกิดการสะสมและทา
ให้ตบั ทางานหนัก เนื่องจากตอ้ งขับสารแคโรทีนอยด์ออกจากรา่ งกายอยู่
ตลอดเวลา และจะทาใหผ้ วิ เปลีย่ นเปน็ สีเหลืองส้มโดยเฉพาะท่ฝี ่ามือ
และฝ่าเท้า ป้องกันไดโ้ ดยเพยี งหยุดกิน รา่ งกายจะคอ่ ย ๆ ปรับสภาพและ

กลับมาเป็นปกติ

แคโรทนี

เดมิ เรียก ฟลิ โลแซนทิน (phylloxanthin) เป็นรงควัตถุสเี หลืองทพ่ี บในธรรมชาติ เปน็
หนึ่งในสารกลุ่มแคโรทีนอยด์ มีสตู รเคมีคือ C40H56O2[1] คาวา่ "แซนโทฟิลล"์ มาจากคา

ในภาษากรกี ξανθός (xanthos แปลวา่ "เหลือง")[2] และ φύλλον (phyllon
แปลวา่ "ใบไม"้ )[3] เนอื่ งจากพบเป็นแถบสเี หลอื งบนแผ่นทดสอบทผ่ี ่านกระบวนการ

โครมาโทกราฟี

แซนโทฟิลล์

1) Chlorophyll : มีหลายชนดิ ไดแ้ ก่ Chlorophyll a, b, c และ d ซง่ึ รับชว่ งแสงต่างกันเล็กน้อย แต่
โดยรวมแลว้ จะรับในชว่ งคลน่ื สีน้าเงินและสแี ดง แต่จะไมร่ บั ชว่ งแสงสเี ขียว
- Chlorophyll a พบในสง่ิ มชี วี ติ ทุกชนิดท่ีสงั เคราะห์ด้วยแสงได้ ยกเว้น Bacteria ท่ีสงั เคราะห์
ด้วยแสงได้ จะมี Bacteriochlorophyll แทน
- Chlorophyll b พบในพชื และสาหร่ายสีเขยี ว
- Chlorophyll c พบในสาหรา่ ยสีนา้ ตาล
- Chlorophyll d พบในสาหรา่ ยสแี ดง
2) Carotenoid เปน็ สารพวกไขมัน มี 2 ชนิด คือ
- Carotene มสี สี ้ม-แดง
- Xanthophyll มีสีเหลอื งน้าตาล
3) Phycobilin
- Phycoerythrin พบในสาหร่ายสีแดง
- Phycocyanin พบในสาหร่ายสีเขยี วแกมนา้ เงนิ
4) Bacteriochlorophyll พบในแบคทเี รยี ทส่ี ามารถสังเคราะหด์ ้วยแสงได้ แต่ไมพ่ บในสาหร่ายสี
เขยี วแกมน้าเงิน

แบคทีริโอคลอโรฟิลล์

ระบบแสง I (Photosystem I หรือ PSI) หรือ P700 ทาหน้าที่รบั พลังงานแสง ซง่ึ
ประกอบด้วยรงควตั ถชุ นิดสาคัญคอื คลอโรฟิลล์ เอ ชนิดพเิ ศษ รับแสงทีม่ คี วามยาว
คลน่ื 683 และ 700 นาโนเมตร ไดด้ ี พบในพชื และสาหร่ายทกุ กลุ่ม

ระบบแสง I

ระบบแสง II (Photosystem II หรอื PSII) หรอื P800 ทาหน้าทีร่ ับพลังงานแสง

ระบบแสง II

หน้าท่ขี อง Photorespiration นี้ ยังไม่มีผ้ใู ดทราบแนช่ ดั นัก แตม่ ีผ้อู ธิบายประโยชน์ ของกระบวนการนี้ ซ่งึ ก็
ยงั มีขอ้ โตแ้ ยง้ อกี มาก

1. เปน็ การควบคมุ ความปลอดภัยของเซลลไ์ ม่ให้มกี ารสะสมพลงั งานท่เี กดิ จากการสังเคราะหแ์ สงมาก
เกนิ ไปแต่ข้อโตแ้ ยง้ วา่ นา่ จะเปน็ การสญู เสยี พลงั งานมากกวา่

2. เปน็ การสรา้ ง ATP นอกคลอโรพลาสต์ เพราะ ATP ที่เกดิ จากการสังเคราะห์แสงจะออกมานอกคลอ
โรพลาสต์ไม่ได้ แตข่ อ้ โตแ้ ยง้ คือ การสรา้ ง ATP 1 โมเลกลุ นน้ั
พืชต้องใช้ ATP ถึง 9 โมเลกุล และ NADPH อีก 6 โมเลกุล ซึง่ เปน็ การสรา้ ง ATP ทไี่ ม่มีประสิทธิภาพ

3. เป็นการเคล่ือนยา้ ยคาร์บอนทถ่ี กู จบั จากคลอโรพลาสต์ ในรูปของ Glycolate
แล้วนาไปสงั เคราะห์คาร์โบไฮเดรตอนื่ ๆ แต่ก็เปน็ วธิ ีที่ส้นิ เปลอื งพลงั งานมาก

จากท่ีทราบมาแลว้ วา่ ในปฏกิ ิรยิ าตรึงคารบ์ อนไดออกไซดข์ องกระบวนการสังเคราะหด์ ว้ ยแสง ในวฏั
จักรคัลวนิ ของพืชไดส้ ารประกอบคงตัวชนดิ แรกคือ PGA ซงึ่ เปน็ สารประกอบที่มคี ารบ์ อน 3 อะตอม เรียก
พชื ชนิดน้ีวา่ พชื C3 แต่มพี ชื บางชนิดในเขตร้อนมวี วิ ฒั นาการทีส่ ามารถตรงึ คารบ์ อนไดออกไซด์
นอกเหนอื จากวฎั จักรคลั วนิ และได้สารประกอบคงตัวชนดิ แรกซึ่งมคี ารบ์ อน 4 อะตอม และไมใ่ ช่ PGA จงึ
เรยี กพชื ทมี่ กี ระบวนการเชน่ นวี้ า่ พืช C4

การหายใจเชิงแสง

กฎปรมิ าณตา่ สดุ ของไลบิก (Leibig’s law of minimum)
“สิง่ มีชีวิตทุกชนิดตอ้ งการแรธ่ าตุ และสภาวะแวดล้อมท่จี าเปน็ ตอ่

การดารงชวี ติ ในอัตราส่วนท่ีไมเ่ ทา่ กัน โดยคา่ ความตอ้ งการนจี้ ะมีค่า
ใกล้เคยี งกบั ค่าต่าสุดท่สี ิ่งมีชวี ติ จะสามารถดารงอยู่ได้ ซ่งึ ถา้ ตา่ ไปกวา่ น้ี
กจ็ ะทาใหส้ ิ่งมชี ีวติ นน้ั ตายไป”

ปัจจัยจากัด

เม่ือใหค้ วามเขม้ ขน้ ของแสงเพม่ิ ข้ึนอัตราการตรงึ คารบ์ อนไดออกไซดส์ ทุ ธิจะ เพิม่ ข้ึน และเมื่อ
เพม่ิ ความเขม้ ข้นของแสงมากขึ้นเรือ่ ยๆ จะถงึ จุดหน่งึ ท่ีเมื่อเพ่มิ ความเข้มข้นของแสงแลว้ อัตรา
การตรึงคาร์บอนไดออกไซด์สุทธจิ ะไม่เพ่มิ ขึ้น เรา เรียกคา่ ความเข้มข้นของแสง ณ จดุ นี้ว่า จดุ

อิม่ ตวั ของแสง

จดุ อ่มิ ตวั

ในที่มืดอัตราการตรงึ คารบ์ อนไดออกไซดส์ ุทธิเป็นลบ น่ันคอื คารบ์ อนไดออกไซดถ์ กู
ปล่อยออกมาเนอ่ื งจากการหายใจ เมื่อความ เข้มของแสงเพิ่มขึ้นจนกระทงั่ อัตราการ
ปลอ่ ยคาร์บอนไดออกไซดจ์ าก การหายใจเท่ากับอตั ราการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์
จากการสงั เคราะห์ ดว้ ยแสงเรียกจุดท่คี วามเข้มแสงน้ีว่า ไลทค์ อมเพนเซชันพอยท์

(light compensation point)

ค่าชดเชยแสง

จดุ อม่ิ ตวั ด้วยคารบ์ อนไดออกไซด์ (carbon dioxide saturation point)คือความเขม้ ข้น
ของ คาร์บอนไดออกไซด์ไมใ่ ชป่ จั จัยทจ่ี ากดั การเกดิ ปฏกิ ิริยาท่ีจุดนี้ (e) บริเวณท่ีความ
เขม้ ข้นของคารบ์ อนไดออกไซด์ในบรรยากาศสงู มากกว่าในปัจจบุ นั อตั ราการ
สังเคราะห์ด้วยแสงของพืช C3 จะสูงขนึ้

จุดอิม่ ตัวดว้ ยคาร์บอนไดออกไซด์

สเปกตรมั ของแสงท่มี องเหน็ ไดค้ อื ส่วนของสเปกตรมั แม่เหลก็ ไฟฟ้าท่ีตา
มนษุ ยส์ ามารถมองเห็นได้ ยิง่ ไปกวา่ นัน้ ช่วงของความยาวคลื่นนี้เรยี กวา่ แสงท่ี
มองเห็นได้ โดยปกตแิ ล้วสายตาของมนุษย์สามารถตรวจจบั ความยาวคลน่ื ได้

ต้ังแต่ 380 ถงึ 700 นาโนเมตร

แสงที่มนษุ ยม์ องเหน็ ได้

น.ส.วราภรณ์ วฒั นากรรุง่ เรือง
เลขที่ 37 ม.5/8