Biology

BIOLOGY

Photosynthesis

ก า ร สั ง เ ค ร า ะ ห์ ด้ ว ย แ ส ง

นาย ธนดล เนยี รมงคล 5/1

การศึกษาทีเกียวกับการสงั เคราะหด์ ว้ ยแสง

Van Helmont

นาํ หนกั ของต้นไมท้ ีเพมิ ขนึ ไดม้ าจากนาํ เพยี งอยา่ ง
เดยี วไมไ่ ดม้ ากดนิ

Joseph Priestley
พชื สามารถเปลียนอากาศเสยี ใหเ้ ปนอากาศดไี ด้

Jan Ingen-Housz
การทีพชื จะเปลียนอากาศเสยี เปนอากาศดไี ดน้ นั
พชื ต้องใชแ้ สงดว้ ย

Jean Senebier
ค้นพบวา่ แก๊สทีเกิดจากการลกุ ไหม้ และแก๊ส
ทีเกิดจากการหายใจของสตั วเื ปนแก๊ส
คารบ์ อนไดออกไซด์ สว่ นแก๊สทีชว่ ยในการ

ลกุ ไหมแ้ ละแก๊สทีใชใ้ นการหายใจของสตั ว์
คือแก๊สออกซเิ จน

Jan Ingen-Housz
สว่ นของพชื ซงึ มสี เี ขยี วจะปล่อย ออกซเิ จน เมอื ได้
รบั แสง

Nicolas Theodore de Soussure
นาํ หนกั ทีเพมิ ขนึ บางสว่ นเปนนาํ หนกั ของแก๊สตาร์
คบอนไดทีพชื ไดร้ บั นาํ หนกั ทีเพมิ ขนึ บางสว่ นเปนนาํ
หนกั ของนาํ ทีพชื ไดร้ บั

Julius Sachs
สารอินทรยี ท์ ีพชื สรา้ ง คือ นาํ ตาล ซงึ เปนสาร
คารโ์ บไฮเดรต

WHIHELM ENGELMAN
จากการทดลองพบวา่ แบคทีเรยี ทีต้องการออกซิ
เจนมารวมกล่มุ กันทีบรเิ วณสาหรา่ ยไดร้ บั แสงสี
แดงและสนี าํ เงินเพราะทังสองบรเิ วณนสี าหรา่ ยจะ
ใหแ้ ก๊สออกซเิ จน

Sam Ruben & Martin Kamen

O2 ทีไดจ้ ากการสงั เคราะหด์ ว้ ยแสงมาจาก
โมเลกลุ ของนาํ

Van Niel

- การสงั เคราะหด์ ว้ ยแสงของแบคทีเรยี ก็เปนหลัก
ฐานอีกอยา่ งหนงึ ทีสนบั สนนุ วา่ O2 ทีไดจ้ ากการสงั
เคราะหด์ ว้ ยแสงของพชื มาจากH2Oเนอื งจากแบค
ทีไมใ่ ช้ H2O ในการสงั เคราะหด์ ว้ ยแสง จงึ ไมเ่ กิด
O2แต่เกิดซลั เฟอร์ (S) ออกมา
- แวน นลี ( Van Niel) ไดเ้ สนอสมมติฐานวา่ …ใน
กระบวนการสรา้ งอาหารของพชื นนั นา่ จะคล้ายกับ
การสรา้ งอาหารของแบคทีเรยี ซงึ แสงมบี ทบาทสาํ
คัญคือ ทําใหโ้ มเลกลุ ของนาํ แตกตัวเปน H+ กับ
OH- จากนนั H+ จะเขา้ ทําปฏิกิรยิ ากับCO2 เกิด
เปนคารโ์ บไฮเดรต (CH2O ) ขนึ

Robin Hill
สารประกอบทีทําหนา้ ที

เปนตัวรบั ไฮโดรเจน

Daniel Arnon

พชื จะให้ NADPH+H+ และ O2 เมอื ไดร้ บั
NADP+ มนี าํ ตาลเกิดขนึ แสดงวา่ ปจจยั ใน
การสงั เคราะห์ คือ ATP และ NADPH+H+

ไมใ่ ชแ่ สง

ก า ร สั ง เ ค ร า ะ ห์ ด้ ว ย แ ส ง

Photosynthesis

ปฏิกิรยิ าทีต้องใชแ้ สง
( light reaction )

การถ่ายทอดอิเล็กตรอน
แบบไมเ่ ปนวฎั จกั ร

การถ่ายทอด อิเล็กตรอนวธิ นี ี ต้องใชร้ ะบบ
แสง 2 ระบบ คือ ระบบแสงที 1 P700 และ
ระบบ แสงที 2 P680 1. รงควตั ถรุ ะบบแสง
ที 1 ( PS I ) และรงควตั ถรุ ะบบแสงที 2 ( PS
II ) ได้รบั การกระต้นุ จากแสงพรอ้ ม ๆ กัน
รงควตั ถรุ ะบบแสงที 1เมอื ได้รบั พลังงาน
อิเล็กตรอนจะ หลดุ ออกจากคลอโรฟลล์ และ
ถกู ต่อไปยงั เฟอรดิ อกซนิ จากนัน NADP+จะ
มารบั อิเล็กตรอนเปนตัวสดุ ท้าย ทําใหร้ ะบบ
รงควตั ถทุ ี 1 ขาดอิเล็กตรอนไป 1คู่
โมเลกลุ ของนําแตกตัวเปนออกซเิ โปรตอน
แลอิเล็กตรอนอิเล็กตรอนจากโมเลกลุ ของนํา
นีถกู สง่ ไปยงั รงควตั ถรุ ะบบแสงที 2อิเล็ก
ตรอนจากรงควตั ถรุ ะบบแสงที 2 จะถกู สง่ ไป
ยงั พลาสโทคิวโนน ไซโทโครม พลาสโทไซยา
นิน ระบบแสงที 1 และเฟอรดิ อกซนิ ตาม

ลําดับ NADP+ ทีรบั อิเล็กตรอนจาก
รงควตั ถรุ ะบบแสงที 1 จะมารบั อิเล็กตรอน
จาก โมเลกลุ ของนําทําใหเ้ กิดเปน NADPH

เมอื มกี ารสะสมโปรตอน ในlumenเปน
จาํ นวนมากทําใหเ้ กิด ความแตกต่างของ

ระดับโปรตอนในstroma กับlumen
โปรตอนจาํ นวนมากจงึ ถกู สง่ ออกผา่ น ATP
synthase ทําใหม้ กี าร สงั เคราะห์ ATP

การถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบเปนวฏั จกั ร

เปนการถ่ายทอดอิเล็กตรอนทีเกียวขอ้ งกับระบบแสงเพยี งระบบเดยี วเท่านัน
ซงึ เรยี กวา่ รงควตั ถรุ ะบบแสงที 1 ( photosystem I หรอื PSI )

อิเล็กตรอนทีหลดุ ออกจากรงควตั ถรุ ะบบแสงที 1 จะถกู สง่ ไปยงั เฟอรดิ อกซนิ
ไซโทรโครม และพลาสโทไซยานิน ตามลําดับ จากนันอิเล็กตรอนนีจะมี
พลังงานปลดปล่อยออกมา และสามารถนําไปสรา้ ง ATP ได้

Calvin Cycle คารบ์ ปอฏนิกไิรดยิ อาอตกรไงึ ซด์

เปนปฏิกิรยิ าทีเกิดขนึ ใน stroma ของ chloroplast ประกอบด้วย 3 ขนั ตอใหญ่ๆ
คือ 1.Carboxylation 2.Reduction และ 3.Regeneration Carboxylation เปน
ขนั ตอนที ribulose-1,5-bisphosphate (RuBP) เขา้ รวมกับ CO2 และเกิดเปน 3-

phosphoglycerate 2 โมเลกลุ ซงึ เปนสารเสถียร (stable intermediate) ตัว
แรกของ Calvin cycle Reduction เปนขนั ตอนที 3-phosphoglycerate ถกู
reduced เกิดเปน glyceraldehyde-3-phosphate ซงึ เปนสารประเภทนําตาล
ขนั ตอนนีจะมกี ารใชส้ ารพลังงานสงู ทีได้จากปฏิกิรยิ าแสง คือ ATP และ NADPH
Regeneration เปนขนั ตอนทีจะสรา้ งโมเลกลุ RuBP ขนึ มาอีกครงั หนึง เพอื วน
กลับไปเปนตัวรบั CO2 ในรอบต่อไป ในขนั ตอนนตี ้องอาศัยพลังงานจาก ATP ซงึ

ได้จากปฏิกิรยิ าแสง

พชื C3

พชื C3 เปนพชื ทีมรี ะบบการตรงึ คารบ์ อนไดออกไซดด์ ว้ ย Calvin Cycle เพยี งอยา่ ง
เดียว จะเหน็ ได้วา่ ใน Calvin Cycle สารอินทรยี ต์ ัวแรกทีเกิดขนึ จากการตรงึ

คารบ์ อนไดออกไซด์คือ PGA จงึ เปนสารทีมคี ารบ์ อน 3 อะตอม เราจงึ เรยี กพชื กล่มุ นี
วา่ พชื C3พชื C3 นีเปนพชื กล่มุ ใหญ่ทีสดุ มจี าํ นวนชนิดมากวา่ พชื C4 พชื ทีเปนพชื C3

ได้แก่ ขา้ ว ขา้ วสาลี ถัว เปนต้น

พชื C4

หมายถึง การตรงึ คารบ์ อนไดออกไซค์โดย PEP (phosphoenol pyuvic acid) แล้วได้

OAA(oxaloacelate) ซงึ เปนสารอินทรยี ท์ ีมคี ารบ์ อน 4 อะตอมเปนตัวแรก โดยตรงึ

CO2 ถึง 2 ครงั การครงั ที 1 เกิดในเวลากลางวนั โดยเกิดใน cytoplasmmesophyll

cell มลี ําดับขนั ตอนดังนี 1.) PEP ตรงึ CO2 โดยมเี อนไซม์ PEP

carboxylase เรง่ ปฏิกิรยิ า ได้ OAA 2.)OAA เปลียนเปน maric acid หรอื malate

แพรเ่ ขา้ สู่ เซลล์เยอื หมุ้ ท่อลําเลียง(bundle-sheath cells)*เอนไซม์ PEP

carboxylase มปี ระสทิ ธภิ าพเรง่ ปฏิกิรยิ าการตรงึ CO2 ไดด้ ีกวา่ การตรงึ CO2 ของ

RuBP การตรงึ ครงั ที 2 เกิดขนึ ใน stroma ของ

chloroplast ของ bundle-sheath cells โดย CO2 ทีถกู ปล่อยจาก maric

acid จะถกู ตรงึ โดย RuBP ได้ PGA แล้วปฏิกิรยิ าดําเนินตาม calvin cycle พชื ทีตรงึ

CO2 แบบ C4 เรยี ก พชื C4 ซงึ เปนพชื ทีมถี ินกําเนิดในเขตรอ้ นหรอื กึงเขตรอ้ น เชน่

ขา้ วโพด ขา้ วฟาง บานไมร่ ูโ้ รย

พชื CAM

เกิดการตรงึ CO2 จาํ นวน 2 ครงั
1. เกิดในเวลากลางคืน เนืองจากปากใบเปด CO2 แพรเ่ ขา้ มาทางปากใบไปยงั

cytoplasm ของ mesophyll cell PEP ตรงึ CO2 เกิด OAA เปลียนแปน maric acid
สะสมใน vacuole ของ mesophyll

2. เกิดในเวลากลางวนั maric acid แพรจ่ าก vacuole เขา้ สู่ chloroplast maric
acid ปล่อย CO2 ซงึ จะถกู ตรงึ ครงั ที 2 โดย RuBP เขา้ สู่ calvin cycle

พชื ทีมกี ารตรงึ CO2 แบบ CAM เรยี ก พชื CAM เปนพชื ทีเจรญิ ไดด้ ใี นสภาพแวดล้อม
ทีแหง้ แล้ง เนืองจากเวลากลางวนั มอี ุณหภมู สิ งู ความชนื ตํา พชื บรเิ วณนีจงึ มกี าร
ปรบั ตัว โดยปากใบจะปดในเวลากลางวนั และเปดในเวลากลางคืนเพอื ลดการคายนํา
เชน่ วา่ นหางจระเข้ กล้วยไม้ การะบองเพชร สปั ปะรด โดยในสภาพทีมนี ํา ความชนื สงู
จะตรงึ CO2 แบบ C3 หากสภาพแวดล้อมแหง้ แล้ง ความชนื ตําจะตรงึ CO2 แบบ CAM